一種低介電聚酰亞胺纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于功能性有機(jī)纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低介電聚酰亞胺纖維及其制 備方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 聚酰亞胺纖維由于分子主鏈含有剛性的酰亞胺環(huán)，從而具有高強(qiáng)高模、耐高低溫、 耐化學(xué)腐蝕、耐輻射和優(yōu)異的介電性能。作為一種高性能功能性纖維，聚酰亞胺纖維具有廣 闊的應(yīng)用前景，目前主要應(yīng)用在航空航天、軍事工業(yè)、海洋開發(fā)和消防、微電子、高溫介質(zhì)等 領(lǐng)域。特別是在電子工業(yè)領(lǐng)域，聚酰亞胺材料可用作大規(guī)模集成電路中的絕緣介電層或集 成電路的屏蔽保護(hù)層。為了減小信號傳輸延遲，降低線路損耗以及不同信號之間的干擾，需 要采用更低介電常數(shù)的材料來降低電容效應(yīng)或傳導(dǎo)耦合，因此制備具有更低介電常數(shù)的聚 酰亞胺材料成為了研究的重點(diǎn)方向之一。
[0003] 為了降低聚酰亞胺材料的介電常數(shù)，可采用具有較高自由體積的二酐二胺單體， 或者將F原子引入到分子主鏈中。但目前為止，針對聚酰亞胺薄膜介電性能的研究較多，而 關(guān)于降低聚酰亞胺纖維介電常數(shù)的技術(shù)還鮮見提及。鑒于聚酰亞胺纖維在眾多領(lǐng)域的重要 應(yīng)用，為了有效降低聚酰亞胺纖維的介電常數(shù)，可向分子主鏈中引入F原子。但由于F原子 的加入降低了分子鏈的堆積密度和相互作用力，從而會(huì)犧牲纖維固有的的力學(xué)和熱學(xué)性能 等，本專利在纖維制備過程中通過調(diào)節(jié)熱亞胺化溫度和牽伸比等工藝條件，使分子鏈排布 更加規(guī)整有序，從而可獲得同時(shí)具有較高機(jī)械性能和低介電常數(shù)的聚酰亞胺纖維。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的在于制備了一種低介電聚酰亞胺纖維，其特征在于所述的聚酰亞胺 纖維的介電常數(shù)范圍為2. 55-3. 3。
[0005] 本發(fā)明還提供了所述低介電聚酰亞胺纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步 驟：
[0006] A :將六氟二酐（6FDA)和其他二酐、二胺，按二酐與二胺總摩爾比1 : 1-1 : 1.05 進(jìn)行配比。
[0007] B :在N2保護(hù)下將二胺加入計(jì)量溶劑中溶解，然后分批加入二酐，使溶液的固含量 為5_20wt%，充分反應(yīng)后得到聚酰胺酸紡絲溶液。
[0008] C :將聚酰胺酸紡絲溶液按照濕法或干濕法紡絲工藝進(jìn)行紡絲，所得聚酰胺酸初生 纖維經(jīng)過熱亞胺化和牽伸工藝得到具有低介電性能的聚酰亞胺纖維。
[0009] 步驟A中所采用的其他二酐為3, 3'，4,4' -聯(lián)苯四甲酸二酐（BPDA)，均苯四甲酸 二酐（PMDA)，3, 3'，4,4' -聯(lián)苯醚二酐（ODPA)以及 3, 3'，4,4' -二苯甲酮四酸二酐（BTDA) 中的至少一種。
[0010] 步驟A中所采用的其他二胺為對苯二胺（p-PDA)，4,4' -二氨基二苯醚（ODA)， 2_ (4-氨基苯基）-5-氨基苯并咪唑（BIA)中的至少一種。
[0011] 步驟B中所采用的溶劑為N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)、N，N-二甲基甲酰胺（DMF)、 二甲基亞砜（DMSO)或N-甲基吡咯烷酮（NMP)。
[0012] 步驟C中所述的紡絲工藝采用的凝固浴為水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮、甲苯、N， N-二甲基乙酰胺（DMAc)、N，N-二甲基甲酰胺（DMF)、二甲基亞砜（DMSO)、N-甲基吡咯烷酮 (NMP)中的一種或幾種的混合溶液。
[0013] 步驟C中所采用的熱亞胺化工藝為梯度升溫的熱亞胺化工藝，溫度范圍為 280-500。。。
[0014] 步驟C中所采用的牽伸工藝的牽伸倍數(shù)在2倍以上。
[0015] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下創(chuàng)新性及優(yōu)良效果：
[0016] 1、本發(fā)明制備得到的聚酰亞胺纖維中，由于六氟二酐共聚單元的加入，有效地降 低分子鏈堆積密度和分子間相互作用力，從而得到了介電常數(shù)小于3. 0的低介電聚酰亞胺 纖維。
[0017] 2、本發(fā)明提供的方法可以通過改變共聚體系組成、固含量、凝固浴、熱亞胺化溫度 和牽伸比等手段來實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺纖維的介電常數(shù)可調(diào)。
[0018] 3、本發(fā)明采用兩步法工藝制備聚酰亞胺纖維，合成方法相對簡單，原料來源廣泛， 有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】：
[0019] 圖1 :本發(fā)明實(shí)施例1中PI纖維的介電常數(shù)與頻率的關(guān)系圖；
[0020] 圖2 :本發(fā)明實(shí)施例1中PI纖維的介電損耗值與頻率的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0021] 以下實(shí)施例所用的采用的單體結(jié)構(gòu)式如下：
[0022] 六氟二酐（6FDA)
[0023]
O
[0024] 3, 3'，4,4' -聯(lián)苯四甲酸二酐（BPDA)
[0025]
[0026] 均苯四甲酸二酉?〈kmlwv
[0027]
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 聚酰胺酸溶液的合成：按6FDA : p-PDA = I : 1的摩爾配比，將二胺p-PDA置于 入三口瓶中，加入計(jì)量的溶劑N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)，在氮?dú)獾臈l件下進(jìn)行攪拌使其充 分溶解，然后將6FDA分批加入并進(jìn)行攪拌，使溶液的固含量為10%。在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下 攪拌3h，得到具有一定粘度的聚酰胺酸紡絲液，其特性粘度為I. 97dL/g。
[0040] 聚酰胺酸纖維的制備：將聚酰胺酸溶液過濾消泡，采用濕法紡絲工藝進(jìn)行紡絲。
[0041] 聚酰亞胺纖維的制備：將聚酰胺酸纖維依次通過280°C，350°C和400°C的熱爐進(jìn) 行熱亞胺化，并對其施加2. 5倍牽伸。
[0042] 所得纖維的拉伸強(qiáng)度為0. 55GPa，初始模量為20. 2GPa，且在IOOHz的頻率下其介 電常數(shù)為2. 55,并隨著頻率的變化保持在較低水平。
[0043] 實(shí)施例2
[0044] 聚酰胺酸溶液的合成：按BPDA : 6FDA : p-PDA = 7 : 3 : 10的摩爾配比，將二 胺P-PDA置于入三口瓶中，加入計(jì)量的溶劑N，N-二甲基甲酰胺（DMF)，在氮?dú)獾臈l件下進(jìn) 行攪拌使其充分溶解，然后將BPDA和6FDA混合后分批加入并進(jìn)行攪拌，使溶液的固含量為 15%。在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下攪拌3h，得到具有一定粘度的聚酰胺酸紡絲液，其特性粘度為 2.38dL/g〇
[0045] 聚酰胺酸纖維的制備：將聚酰胺酸溶液過濾消泡，采用濕法紡絲工藝進(jìn)行紡絲。
[0046] 聚酰亞胺纖維的制備：將聚酰胺酸纖維依次通過280°C，350°C和450°C的熱爐進(jìn) 行熱亞胺化，并對其施加3倍牽伸。
[0047] 所得纖維的拉伸強(qiáng)度為I. 24GPa，初始模量為33. 6GPa，且在IOOHz的頻率下其介 電常數(shù)為3. 12,并隨著頻率的變化保持在較低水平。
[0048] 實(shí)施例3
[0049] 聚酰胺酸溶液的合成：按BPDA : 6FDA : p-PDA = 9 : I : 10的摩爾配比，將二 胺P-POA置于入三口瓶中，加入計(jì)量的溶劑N-甲基吡咯烷酮（NMP)，在氮?dú)獾臈l件下進(jìn)行 攪拌使其充分溶解，然后將BPDA和6FDA混合后分批加入并進(jìn)行攪拌，使溶液的固含量為 10%。在氮?dú)獗Ｗo(hù)的條件下攪拌4h，得到具有一定粘度的聚酰胺酸紡絲液，其特性粘度為 2. 53dL/g〇
[0050] 聚酰胺酸纖維的制備：將聚酰胺酸溶液過濾消泡，采用濕法紡絲工藝進(jìn)行紡絲。
[0051] 聚酰亞胺纖維的制備：將聚酰胺酸纖維依次通過280°C，350°C和420°C的熱爐進(jìn) 行熱亞胺化，并對其施加4. 0倍牽伸。
[0052] 所得纖維的拉伸強(qiáng)度為I. 53GPa，初始模量為64. 3GPa，且在IOO