一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料、制备方法及用途技术

本发明专利技术公开了一种具有双峰泡孔结构的低介电PEN泡沫材料及其制备方法，本发明专利技术以纳米SiO2作为异相成核剂，通过间歇式超临界流体发泡方式利用PEN本体均相成核和纳米SiO2粒子异相成核共同作用，获得了具有双峰泡孔结构的PEN泡沫材料。大泡孔可以使材料实现有效的降重，极大的降低材料介电常数，小泡孔可以有效的钝化材料受力断裂过程中的裂纹扩散，吸收更多的能量，从而提供较好的力学性能。同时，本发明专利技术对特种工程塑料泡沫材料的发展也具有指导性的意义，在电子材料领域的用途进一步扩展。

Low dielectric polyarylene ether nitrile foam material with Shuangfeng foamed structure, preparation method and use thereof

The invention discloses a low dielectric PEN foam material with a Shuangfeng pore structure and a preparation method thereof. The nano SiO2 is used as heterogeneous nucleating agent, and through the intermittent supercritical fluid foaming method, the PEN body is nucleated uniformly and the nano SiO2 particles are heterogeneous nucleated together, and the PEN foam material with Shuangfeng pore structure is obtained. Bubbles can effectively reduce the weight and dielectric constant of materials. Bubbles can effectively passivate the crack diffusion and absorb more energy in the process of mechanical fracture of materials, thus providing better mechanical properties. At the same time, the invention has guiding significance for the development of special engineering plastics foam materials, and further expands its application in the field of electronic materials.

【技术实现步骤摘要】
一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料、制备方法及用途
本专利技术涉及特种工程塑料
，尤其涉及一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料及其制备方法。
技术介绍
低介电材料在电子领域有着广泛的应用，这类材料的研究同高分子材料密切相关。材料内部引入泡孔是降低其介电常数的有效方式，但泡孔尺寸太大容易造成材料强度不够，泡孔尺寸太小、泡孔密度太低又不足以达到低介电的要求。相比之下，具有双峰泡孔结构的聚合物微发泡材料因大泡孔可以使材料实现有效的降重，极大的降低材料介电常数，小泡孔可以提供较好的物理性能而引起了广泛的关注。在热塑性泡沫材料领域，大部分研究及工业化产品都聚焦于通用塑料，如：聚丙烯、聚苯乙烯以及聚氨酯等，很少有关于特种工程塑料泡沫的报道以及产品。这主要是由于特种工程塑料虽然性能优异，但附加值往往较高，限制了该类材料的市场规模。然而，在某些复杂环境或极端条件下(例如：军工领域，航空航天领域)，通用塑料的性能难以满足较高的使用需求，因此，研发基于特种工程塑料的高性能泡沫材料的意义重大。聚芳醚腈(PEN)是一类大分子主链含柔性芳醚键、侧链带极性腈基的新型特种工程塑料，既具有高强度、高模量、耐高温特种工程塑料特征，又具有良好的电气绝缘性、自阻燃性、高介电特性、可功能化加工改性特征，在作为高性能结构件或功能材料等方面有着巨大的应用前景，也是武器装备实现轻量化的一类理想材料。但是特种工程塑料往往具有较高的加工温度(＞300℃)，而现有高温化学发泡剂的分解温度只有200℃左右，因此，这也一定程度上也限制了特种工程塑料泡沫的发展。超临界流体发泡技术的出现，为特种工程塑料泡沫的研发提供了解决方案，基于该项技术可以通过连续挤出发泡、釜压发泡、注塑发泡等多种方式对将热塑性聚合物泡沫化，是获得优质泡沫材料的理想手段之一。
技术实现思路
针对现有技术所存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种简易的具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料制备方法，并提供一种具有极低的介电常数、较低的表观密度以及优异韧性的同时还保持较高拉伸强度的PEN泡沫材料。本专利技术以纳米SiO2作为异相成核剂，通过间歇式超临界流体发泡方式利用PEN本体均相成核和纳米SiO2粒子异相成核共同作用获得具有双峰泡孔结构的PEN泡沫材料的方法。该制备方法相比于两步卸压法、双发泡剂法、升温降压法以及两相共混法等现有成熟方法更为简易，而且所得PEN泡沫具有极低的介电常数、较低的表观密度、优异的韧性，同时还保持较高的拉伸强度。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：1)待发泡试样制备以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的纳米SiO2加入溶剂中并超声分散30min；另以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的PEN粉末加入溶剂中并在200℃回流搅拌30min使PEN充分溶解；然后将上述两种溶液混合，搅拌并超声30min；之后将溶液倒于洁净的玻璃板表面并流延成膜；并将玻璃板放入烘箱于180℃烘干12h，去除溶剂，待玻璃板自然冷却至室温后浸入水槽，带薄膜自动脱落；将薄膜烘干后，裁剪成尺寸为2.5cm×4cm的长方形薄片试样；2)超临界流体发泡步骤将步骤1)所得试样放置于高压釜中，通入发泡气体并将高压釜温度和压力升至设定值；待PEN试样吸附一定时间后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入已达设定温度的油浴锅进行发泡，待达到预定发泡时间后将样品取出并迅速放入冰水中冷却定型，获得PEN泡沫材料。作为进一步优化，所述聚芳醚腈分子结构如下：作为进一步优化，所述的聚芳醚腈树脂为无定形聚合物，玻璃化转变温度为175℃，起始热分解温度(T5％)＞450℃。作为进一步优化，所述纳米SiO2牌号为AEROSIL200，其表面有大量羟基基团，利于其在极性溶剂中的分散。作为进一步优化，步骤1)中，除溶剂外，所述PEN的用量为95wt％～99wt％，SiO2用量为1wt％～5wt％。作为进一步优化，步骤2)中，所述的发泡气体为二氧化碳或氮气。作为进一步优化，步骤2)所述高压釜温度为40～60℃，压力为10～30MPa，吸附时间为1～3h，油浴温度为130～210℃，油浴时间为5～30s。作为进一步优化，所得泡沫材料密度较实体材料降低20～60％，相对介电常数最低为1.67，同时拉伸强度达到50MPa。本专利技术另一方面提供一种通过上述制备方法制备的PEN泡沫材料，所述PEN泡沫材料具有双峰泡孔结构，其中，大泡孔尺寸集中分布在20～40μm之间，小泡孔尺寸集中分布在300～500nm之间。本专利技术再一方面提供上述具有双峰泡孔结构的PEN泡沫材料在电子材料领域的用途。本专利技术的有益效果在于：本专利技术首次提出了具有双峰泡孔结构的低介电PEN泡沫材料制备方法，本专利技术以纳米SiO2作为异相成核剂，通过间歇式超临界流体发泡方式利用PEN本体均相成核和纳米SiO2粒子异相成核共同作用，获得了具有双峰泡孔结构的PEN泡沫材料。大泡孔可以使材料实现有效的降重，极大的降低材料介电常数，小泡孔可以有效的钝化材料受力断裂过程中的裂纹扩散，吸收更多的能量，从而提供较好的力学性能。本专利技术提供了一种简单的获得具有双峰泡孔结构泡沫材料的方法，拓宽了PEN树脂的应用范围，同时，本专利技术对特种工程塑料泡沫材料的发展也具有指导性的意义，在电子材料领域的用途进一步扩展。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料制备方法示意图；图2为单峰PEN泡沫及实施例1～3所得泡沫材料断面SEM照片；图3为单峰PEN泡沫及实施例1～3所得泡沫材料泡孔尺寸及泡孔密度统计图；图4为单峰PEN泡沫及实施例1～3所得泡沫材料介电常数曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。在任一实施例中，本专利技术的具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料制备方法，示意图如图1所示，具体包括以下步骤：1)待发泡试样制备以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的纳米SiO2加入溶剂中并超声分散30min；另以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的PEN粉末加入溶剂中并在200℃回流搅拌30min使PEN充分溶解；然后将上述两种溶液混合，搅拌并超声30min；之后将溶液倒于洁净的玻璃板表面并流延成膜；并将玻璃板放入烘箱于180℃烘干12h，去除溶剂，待玻璃板自然冷却至室温后浸入水槽，带薄膜自动脱落；将薄膜烘干后，裁剪成尺寸为2.5cm×4cm的长方形薄片试样；2)超临界流体发泡步骤将步骤1)所得试样放置于高压釜中，通入发泡气体并将高压釜温度和压力升至设定值；待PEN试样吸附一定时间后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入已达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)待发泡试样制备以N‑甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的纳米SiO2加入溶剂中并超声分散30min；另以N‑甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的PEN粉末加入溶剂中并在200℃回流搅拌30min使PEN充分溶解；然后将上述两种溶液混合，搅拌并超声30min；之后将溶液倒于洁净的玻璃板表面并流延成膜；并将玻璃板放入烘箱于180℃烘干12h，去除溶剂，待玻璃板自然冷却至室温后浸入水槽，带薄膜自动脱落；将薄膜烘干后，裁剪成尺寸为2.5cm×4cm的长方形薄片试样；2)超临界流体发泡步骤将步骤1)所得试样放置于高压釜中，通入发泡气体并将高压釜温度和压力升至设定值；待PEN试样吸附一定时间后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入已达设定温度的油浴锅进行发泡，待达到预定发泡时间后将样品取出并迅速放入冰水中冷却定型，获得PEN泡沫材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)待发泡试样制备以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的纳米SiO2加入溶剂中并超声分散30min；另以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的PEN粉末加入溶剂中并在200℃回流搅拌30min使PEN充分溶解；然后将上述两种溶液混合，搅拌并超声30min；之后将溶液倒于洁净的玻璃板表面并流延成膜；并将玻璃板放入烘箱于180℃烘干12h，去除溶剂，待玻璃板自然冷却至室温后浸入水槽，带薄膜自动脱落；将薄膜烘干后，裁剪成尺寸为2.5cm×4cm的长方形薄片试样；2)超临界流体发泡步骤将步骤1)所得试样放置于高压釜中，通入发泡气体并将高压釜温度和压力升至设定值；待PEN试样吸附一定时间后，快速泄压，待压力降为零后取出样品并迅速放入已达设定温度的油浴锅进行发泡，待达到预定发泡时间后将样品取出并迅速放入冰水中冷却定型，获得PEN泡沫材料。2.如权利要求1所述的一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述聚芳醚腈分子结构如下：3.如权利要求1所述的一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述的聚芳醚腈树脂为无定形聚合物，玻璃化转变温度为175℃，起始热分解温度(T5％)＞450℃。4.如权利要求1所述的一种具有双峰泡孔结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷雅杰，祁青，贺江平，王宪忠，张风顺，刘涛，戴西洋，余雪江，孙素明，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51