一种聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及低介电复合材料领域，具体涉及一种聚酰亚胺纤维/石英纤维混杂增强氰酸酯基复合材料及制备方法。本发明专利技术公开一种改性氰酸酯树脂，由改性剂、催化剂对双酚型氰酸酯树脂预聚体进行改性得到；改性后的氰酸酯树脂粘度降低，加工流动性更好，能够与纤维增强体形成更好的浸润效果；同时固化温度降低，使复合材料能够在相对较低的温度下固化成型。由该改性氰酸酯树脂制得的聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料具有低的介电常数以及介电损耗和高的力学性能，且复合材料质量轻，能够满足高性能材料的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料及制备方法
本专利技术涉及低介电复合材料
，具体涉及一种聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料及制备方法。
技术介绍
随着现代电子工业的发展，电路板集成度提高，工作频率范围扩大，要求电子元件有更高的信号传播速度和传输效率，这样就对作为载体的印刷电路板(PCB)提出更高的性能要求，其介电常数与介电损耗必须稳定在一个较低的范围内，同时为保证电路工作的可靠性，印刷电路板材料还应具有耐温性、低吸湿率等性能。在常规使用的复合材料纤维增强体中，高性能聚酰亚胺纤维具有优异的耐高、低温性能、高强度、高模量、高电绝缘性、低介电常数与介电损耗等优点，石英纤维具有高强度、耐高温、低介电、优异的界面性能等特点，结合两者的优势特点，聚酰亚胺纤维/石英纤维混杂织物也成为了高性能复合材料增强体的又一选材方向。氰酸酯是一种含有两个或两个以上的氰酸酯官能团的酚类衍生物，其固化产物具有较低的介电常数和介电损耗，同时具有良好的耐温性能以及力学性能等，采用其作为基体材料制备的高性能复合材料是制备高性能印刷电路板等电子工业材料的重要选材之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的树脂材料无法兼具优异的力学性能、低介电常数、低介电损耗且质轻，无法满足印刷电路板需求的问题，提供一种改性氰酸酯树脂、聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料及制备方法和应用，由该改性氰酸酯树脂制得聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料具有低的介电常数以及介电损耗和高的力学性能，且复合材料质量轻，能够满足高性能材料的需求。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种改性氰酸酯树脂，其中，所述改性氰酸酯树脂由改性剂、催化剂对双酚型氰酸酯树脂预聚体进行改性得到；所述改性剂选自环氧树脂和/或双马来酰亚胺树脂，所述催化剂选自壬基酚、三乙胺和乙酰丙酮钴中的至少一种。优选地，所述双酚型氰酸酯树脂预聚体、所述改性剂和所述催化剂的质量比为(150-200)：(24-48)：(8-24)；更优选地，所述双酚型氰酸酯树脂预聚体、所述改性树脂和所述催化剂的质量比为(165-185)：(32-40)：(12-20)。优选地，所述双酚型氰酸酯树脂预聚体选自双酚A型氰酸酯树脂、双酚M型氰酸酯树脂、双酚S型氰酸酯树脂、双酚F型氰酸酯树脂中的至少一种；更优选为双酚A型氰酸酯树脂。优选地，所述双酚型氰酸酯树脂预聚体在90℃下粘度为1500-5000mPa·s。优选地，所述环氧树脂选自缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂和脂肪族环氧树脂中的至少一种，优选为4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯。更优选地，所述环氧树脂的环氧值为0.3-0.9，所述环氧树脂的重均分子量为80-600。优选地，所述双马来酰亚胺树脂选自芳香族双马来酰亚胺树脂。优选地，所述改性的方法包括以下步骤：(1)将所述双酚型氰酸酯树脂预聚体进行加热熔融，得到熔融物I；(2)将改性剂、催化剂加入所述熔融物I中，搅拌直至透明，得到胶液I；(3)将所述胶液I进行脱泡处理，制得所述改性氰酸酯树脂。优选地，步骤(1)中，所述加热熔融的条件包括：加热温度为80-100℃，熔融时间为10-40min；更优选地，加热温度为85-95℃，熔融时间为20-30min。优选地，步骤(2)中，搅拌温度为60-90℃；更优选地，搅拌温度为75-85℃。优选地，步骤(3)中所述脱泡处理包括：在真空烘箱中进行抽真空处理，其中，所述烘箱温度为70-100℃，抽真空时间为10-50min，更优选地，所述烘箱温度为80-95℃，抽真空时间为20-40min。优选地，所述改性氰酸酯树脂在90℃下粘度为100-500mPa·s。本专利技术第二方面提供一种聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料的制备方法，其中，所述制备方法包括如下步骤：S1、将聚酰亚胺纤维与石英纤维进行混杂，制得纤维增强体；S2、将改性氰酸酯树脂熔融或溶解，然后与纤维增强体复合得到预浸料；S3、将所述预浸料进行固化，得到所述聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料；其中，所述改性氰酸酯树脂为任意一项本专利技术所述的改性氰酸酯树脂。优选地，所述聚酰亚胺纤维与所述石英纤维进行混杂方式选自层内混杂、层间混杂、夹芯结构和层内/层间混杂中的任意一种或几种。优选地，所述纤维增强体为聚酰亚胺纤维和石英纤维混杂制成的平纹混杂纤维增强体。优选地，步骤S1中，所述纤维增强体中的聚酰亚胺纤维和石英纤维的体积比为(0.1-10):1；更优选地，所述纤维增强体中的聚酰亚胺纤维和石英纤维的体积比为1.5：1。优选地，所述聚酰亚胺纤维的拉伸强度大于2GPa，拉伸模量大于90GPa。更优选地，所述聚酰亚胺纤维的拉伸强度大于3GPa，拉伸模量大于110GPa。优选地，所述石英纤维拉伸强度大于3GPa，拉伸模量大于70GPa。优选地，步骤S2中采用有机溶剂进行所述溶解。优选地，所述有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、丙酮、氯仿、三氯甲烷、四氯化碳、苯、甲苯和二甲苯中的至少一种。优选地，所述改性氰酸酯树脂和所述有机溶剂的质量比为1：(0.5-1)；更优选地，所述改性氰酸酯树脂和所述有机溶剂的质量比为1：(0.6-0.8)。优选地，还包括对纤维增强体进行表面处理的步骤。优选地，步骤S2中，所述预浸料中，纤维增强体与改性氰酸酯树脂的质量比为1：(0.1-0.7)。更优选地，纤维增强体与改性氰酸酯树脂的质量比为1：(0.3-0.5)。优选地，步骤S3中，所述固化在热压罐中进行，固化的条件为：120-150℃恒温1-3h、155-180℃恒温1-3.5h、185-220℃恒温2-4h，在固化过程中，155-180℃恒温20-30min后，将热压罐内充压至0.2-0.6MPa。优选地，固化条件为130-140℃恒温1.5-2.5h、160-170℃恒温2-3h、190-200℃恒温2.5-3h，在固化过程中，160-170℃恒温23-27min后，将热压罐内充压至0.3-0.5MPa。本专利技术第三方面提供一种聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料，所述复合材料由本专利技术任意一项所述的制备方法制得。优选地，在10GHz测试频率下，所述复合材料的介电常数小于3.2，介电损耗小于0.016；拉伸强度大于600MPa，拉伸模量大于29GPa，弯曲强度大于500MPa，弯曲模量大于28GPa，层间剪切强度大于30MPa，密度为1.25-1.92g/cm3。所述复合材料为低介电常数、低介电损耗的树脂基复合材料。本专利技术第四方面提供一种本专利技术所述聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料的应用，其中，所述应用为透波天线罩或电子元件，优选为印刷电路板。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性氰酸酯树脂，其中，所述改性氰酸酯树脂由改性剂、催化剂对双酚型氰酸酯树脂预聚体进行改性得到；/n所述改性剂选自环氧树脂和/或双马来酰亚胺树脂，所述催化剂选自壬基酚、三乙胺和乙酰丙酮钴中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性氰酸酯树脂，其中，所述改性氰酸酯树脂由改性剂、催化剂对双酚型氰酸酯树脂预聚体进行改性得到；
所述改性剂选自环氧树脂和/或双马来酰亚胺树脂，所述催化剂选自壬基酚、三乙胺和乙酰丙酮钴中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的改性氰酸酯树脂，其中，所述双酚型氰酸酯树脂预聚体、所述改性剂和所述催化剂的质量比为(150-200)：(24-48)：(8-24)；
优选地，所述双酚型氰酸酯树脂预聚体、所述改性剂和所述催化剂的质量比为(165-185)：(32-40)：(12-20)；
优选地，所述双酚型氰酸酯树脂预聚体选自双酚A型氰酸酯树脂、双酚M型氰酸酯树脂、双酚S型氰酸酯树脂、双酚F型氰酸酯树脂中的至少一种；优选为双酚A型氰酸酯树脂；
优选地，所述双酚型氰酸酯树脂预聚体在90℃下粘度为1500-5000mPa·s；
优选地，所述环氧树脂选自缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、脂环族环氧树脂和脂肪族环氧树脂中的至少一种；优选为4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯；
更优选地，所述环氧树脂的环氧值为0.3-0.9，所述环氧树脂的重均分子量为80-600；
优选地，所述双马来酰亚胺树脂选自芳香族双马来酰亚胺树脂。


3.根据权利要求1或2所述的改性氰酸酯树脂，其中，所述改性的方法包括以下步骤：
(1)将所述双酚型氰酸酯树脂预聚体进行加热熔融，得到熔融物I；
(2)将改性剂、催化剂加入所述熔融物I中，搅拌直至透明，得到胶液I；
(3)将所述胶液I进行脱泡处理，制得所述改性氰酸酯树脂。


4.根据权利要求3所述的改性氰酸酯树脂，其中，步骤(1)中，所述加热熔融的条件包括：加热温度为80-100℃，熔融时间为10-40min；优选地，加热温度为85-95℃，熔融时间为20-30min；
步骤(2)中，搅拌温度为60-90℃，优选地，搅拌温度为75-85℃；
步骤(3)中所述脱泡处理包括：在真空烘箱中进行抽真空处理，其中，烘箱温度为70-100℃，抽真空时间为10-50min，优选地，烘箱温度为80-95℃，抽真空时间为20-40min。


5.根据权利要求1-4所述的改性氰酸酯树脂，其中，所述改性氰酸酯树脂在90℃下粘度为100-500mPa·s。


6.一种聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料的制备方法，其中，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将聚酰亚胺纤维与石英纤维进行混杂，制得纤维增强体；
S2、将改性氰酸酯树脂熔融或溶解，然后与纤维增强体复合得到预浸料；
S3、将所述预浸料进行固化，得到所述聚酰亚胺纤维/石英纤维增强氰酸酯基复合材料；
其中，所述改性氰酸酯树脂为权利要求1-5中任意一项所述的改性氰酸酯树脂。

【专利技术属性】
技术研发人员：田国峰，贺斌，李是卓，王占文，武德珍，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11