基于環(huán)氧樹脂基體納米氧化鋁纖維復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】基于環(huán)氧樹脂基體納米氧化鋁纖維復(fù)合材料的制備方法。目前覆銅板的基材主要采用環(huán)氧樹脂（EP），EP具有優(yōu)異的粘結(jié)性能、電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性能，以及收縮率低，易加工成型和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但隨著電子信息產(chǎn)品向高速高頻化發(fā)展,迫切需要應(yīng)用于該領(lǐng)域的具有低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗、低線形熱性膨脹系數(shù)、良好加工性能的覆銅板基材。一種基于環(huán)氧樹脂基體納米氧化鋁纖維復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟：（1）片狀納米Al2O3及纖維狀A(yù)l2O3的制備；（2）片狀納米Al2O3及纖維狀A(yù)l2O3表面處理；3）納米Al2O3/EP復(fù)合材料的制備。本發(fā)明用于基于環(huán)氧樹脂基體納米氧化鋁纖維復(fù)合材料的制備。
【專利說明】基于環(huán)氧樹脂基體納米氧化鋁纖維復(fù)合材料的制備方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種基于環(huán)氧樹脂基體納米氧化鋁纖維復(fù)合材料的制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
目前覆銅板的基材主要采用環(huán)氧樹脂(EP)，EP具有優(yōu)異的粘結(jié)性能、電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性能，以及收縮率低，易加工成型和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但隨著電子信息產(chǎn)品向高速高頻化發(fā)展，迫切需要應(yīng)用于該領(lǐng)域的具有低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗、低線性形熱膨脹系數(shù)、良好加工性能的覆銅板基材。因此制備具有高耐熱性、介電性能及良好綜合性能的EP/A1203納米復(fù)合材料，對于滿足印制電路板用基材-覆銅箔層壓板在絕緣材料領(lǐng)域的發(fā)展具有非常重要的意義。環(huán)氧樹脂是一種熱固性樹脂，自1930年問世，1947年終美國實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來，其因粘結(jié)性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、收縮性小和電絕緣性好等優(yōu)良性能而廣泛應(yīng)用于機(jī)械化工、電子電氣等領(lǐng)域。但EP的固化物脆性大、沖擊強(qiáng)度低、易開裂、不耐疲勞等缺點(diǎn)限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。因此，研 究人員著手于對EP進(jìn)行改性研究，其中被證實(shí)比較有效的方法之一就是在EP中引入無機(jī)納米粒子。無機(jī)納米粒子比表面積大，表面所含的官能團(tuán)較多，能與環(huán)氧樹脂基體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有利于賦予環(huán)氧樹脂更好的物理和化學(xué)性能。作為EP改性劑的無機(jī)納米粒子，目前研究較多的有Si02、TiO2, AlN和Al2O3等納米粒子。通過溶液共混法制備的納米EP/Si02復(fù)合材料，使復(fù)合材料的力學(xué)性能得到增強(qiáng)；通過制備EP/ TiO2納米復(fù)合材料，使復(fù)合材料拉伸模量、彎曲模量、玻璃化轉(zhuǎn)變穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性都提升了 ；用AlN填充自制的改性環(huán)氧膠，研究其導(dǎo)熱性能。納米Al2O3粒子作為一種比較常用的無機(jī)納米粒子，具有比表面積大、活性高、吸附能力強(qiáng)以及穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，大量研究表明將其摻入在EP中進(jìn)行改性，可與聚合物基體產(chǎn)生強(qiáng)烈的界面粘結(jié)作用，提高了交聯(lián)度和界面強(qiáng)度，從而能提高環(huán)氧樹脂的熱穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度的等性質(zhì)。納米粒子的形貌直接影響其與基體樹脂的結(jié)合形態(tài)和作用機(jī)理，球狀、纖維狀、片層狀等不同形貌的納米粒子在基體中的分布狀態(tài)也不相同。通常采用球形納米氧化鋁對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，本發(fā)明制備了棒狀納米氧化鋁對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性。其過程為:利用以沉淀-水熱法合成Y-A100H前驅(qū)體，后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，得到具有Y晶型、棒狀形貌的納米Al2O3粉體，將其添加到環(huán)氧樹脂基體中，制備具有良好熱穩(wěn)定性、優(yōu)良介電性能的棒狀氧化鋁/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。在棒狀納米Al2O3的含量達(dá)到5wt%時，復(fù)合材料的介電強(qiáng)度為(27.50kV/mm),比純的環(huán)氧棒狀納米樹脂的介電強(qiáng)度(22.76kV/mm)提高了 22% ;當(dāng)Al2O3含量為5wt%時，復(fù)合材料的體積電阻率達(dá)到4.37 X IO14 Ω.m,比高于純環(huán)氧樹脂(3.12 X IO14 Ω.m)，進(jìn)一步提高了環(huán)氧樹脂的體積電阻率。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種基于環(huán)氧樹脂基體納米氧化鋁纖維復(fù)合材料的制備方法。
[0004]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟:
(1)棒狀A(yù)l2O3的制備；
(2)棒狀A(yù)l2O3表面處理；(3)棒狀納米A1203/EP復(fù)合材料的制備。
[0005]所述的基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，所述的棒狀A(yù)l2O3的制備的方法是，將I mol/L NaOH溶液緩慢滴入到裝有0.025 mol/L的氯化鋁溶液的250 mL的三口瓶中，調(diào)節(jié)溶液至pH=5，此時向溶液中加入3 wt%+二烷基磺酸鈉SDBS，超聲波和機(jī)械攪拌共同處理30 min，待反應(yīng)完畢之后將懸濁物裝入聚四氟乙烯襯套的反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度為200 °C，保溫24 h，反應(yīng)結(jié)束后，得到納米Al2O3溶膠，過濾、洗滌、干燥，最后放入馬弗爐600 °C煅燒3 h，獲得白色的棒狀納米Al2O315
[0006]所述的基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，所述的棒狀A(yù)l2O3表面處理方法是，向丙酮溶液中加入環(huán)氧樹脂基體質(zhì)量5wt%上述制備好的棒狀納米Al2O3和4 ?七％的氨丙基三甲氧基硅烷APTM0S，置于超聲清洗儀中低速攪拌8 h;然后對混合液進(jìn)行離心和干燥處理，最終獲得改性的納米ai2o3。
[0007]所述的基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，所述的棒狀納米A1203/EP復(fù)合材料的制備方法是，稱取環(huán)氧樹脂基體質(zhì)量5wt%的經(jīng)氨丙基二甲氧基硅烷改性過的納米Al2O3，裝入250 mL的三口瓶內(nèi)，并注入適量丙酮，于超聲攪拌條件下處理30min，待粉體充分分散后，向瓶內(nèi)加入預(yù)熱的10 g環(huán)氧樹脂，并在60 °C超聲水浴條件下攪拌2 h使其混合均勻，以脫去混合物中的溶劑，向上述制備好的納米Al2O3與環(huán)氧樹脂混合液中注入甲基四氫苯酐MTHPA固化劑和二甲基咪唑DMI促進(jìn)劑，并在60 °〇恒溫水浴條件下攪拌I h，待混合液攪拌均勻后，得到淡黃色粘稠狀的聚合物，將制備好的上述淡黃色粘稠狀的聚合物緩慢傾倒在模具中模具是提前預(yù)熱并涂有脫模劑，梯度升溫固化反應(yīng)物，自然冷卻后脫模，最終得到填充量為5wt%的棒狀納米A1203/EP復(fù)合材料。[0008]有益效果:
1.發(fā)明氨丙基三甲氧基硅烷(APTMOS)與棒狀納米Al2O3表面發(fā)生化學(xué)鍵合，提高了納米Al2O3的表面活性，將改性后的棒狀納米Al2O3摻雜到了環(huán)氧樹脂中，獲得了分散性較好的復(fù)合材料。
[0009]2.本發(fā)明復(fù)合材料的介電常數(shù)略有增加，對介電損耗的影響不大，保證了原基體的低介電常數(shù)和低頻下低介電損耗的介電性能，滿足絕緣材料的性能要求。
[0010]3.本發(fā)明片狀納米Al2O3在環(huán)氧樹脂中易彳合接在一起，有利于Al2O3在聚合物中建立良好的傳熱通道，提高材料的傳熱效率，從而提高材料的熱穩(wěn)定性，同時棒狀納米Al2O3的加入明顯提高了環(huán)氧樹脂的體積電阻率和擊穿場強(qiáng)。
[0011]說明書附圖:
附圖1是基于環(huán)氧樹脂基體納米氧化鋁纖維復(fù)合材料的制備工藝流程圖。
[0012]附圖2是棒狀氧化鋁的形貌圖。
[0013]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
一種基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，該方法包括如下步驟:
(1)棒狀A(yù)l2O3的制備；
(2)棒狀A(yù)l2O3表面處理；
(3)棒狀納米A1203/EP復(fù)合材料的制備。
[0014]實(shí)施例2:根據(jù)實(shí)施例1所述的基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，所述的棒狀A(yù)l2O3的制備的方法是，將I mol/L NaOH溶液緩慢滴入到裝有0.025 mol/L的氯化鋁溶液的250 mL的三口瓶中，調(diào)節(jié)溶液至pH=5，此時向溶液中加入3 wt%十二烷基磺酸鈉SDBS，超聲波和機(jī)械攪拌共同處理30 min，待反應(yīng)完畢之后將懸濁物裝入聚四氟乙烯襯套的反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度為200 °C，保溫24 h，反應(yīng)結(jié)束后，得到納米Al2O3溶膠，過濾、洗滌、干燥，最后放入馬弗爐600 °C煅燒3 h，獲得白色的棒狀納米Al2O315
[0015]實(shí)施例3:
根據(jù)實(shí)施例1或2所述的基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，所述的棒狀A(yù)l2O3表面處理方法是，向丙酮溶液中加入環(huán)氧樹脂基體質(zhì)量5wt%上述制備好的棒狀納米Al2O3和4 wt%的氨丙基三甲氧基硅烷APTM0S，置于超聲清洗儀中低速攪拌8 h ;然后對混合液進(jìn)行離心和干燥處理，最終獲得改性的納米ai2o3。
[0016]實(shí)施例4:
根據(jù)實(shí)施例1或2或3所述的基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，所述的棒狀納米A1203/EP復(fù)合材料的制備方法是，稱取環(huán)氧樹脂基體質(zhì)量5wt%的經(jīng)氨丙基三甲氧基硅烷改性過的納米Al2O3,裝入250 mL的三口瓶內(nèi)，并注入適量丙酮，于超聲攪拌條件下處理30 min，待粉體充分分散后，向瓶內(nèi)加入預(yù)熱的10 g環(huán)氧樹脂，并在60 °C超聲水浴條件下攪拌2 h使其混合均勻，以脫去混合物中的溶劑，向上述制備好的納米Al2O3與環(huán)氧樹脂混合液中注入甲基四氫苯酐MTHPA固化劑和二甲基咪唑DMI促進(jìn)劑，并在60 °C恒溫水浴條件下攪拌I h，待混合液攪拌均勻后，得到淡黃色粘稠狀的聚合物，將制備好的上述淡黃色粘稠狀的聚合物緩慢傾倒在模具中模具是提前預(yù)熱并涂有脫模劑，梯度升溫固化反應(yīng)物，自然冷卻后脫模，最終得到填充量為5wt%的棒狀納米A1203/EP復(fù)合材料。
【權(quán)利要求】
1.一種基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:該方法包括如下步驟: (1)棒狀A(yù)l2O3的制備； (2)棒狀A(yù)l2O3表面處理； (3)棒狀納米A1203/EP復(fù)合材料的制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:所述的棒狀A(yù)l2O3的制備的方法是，將I mol/L NaOH溶液緩慢滴入到裝有0.025 mol/L的氯化鋁溶液的250 mL的三口瓶中，調(diào)節(jié)溶液至pH=5，此時向溶液中加入3 wt%十二烷基磺酸鈉SDBS，超聲波和機(jī)械攪拌共同處理30 min，待反應(yīng)完畢之后將懸濁物裝入聚四氟乙烯襯套的反應(yīng)釜中，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度為200 °C，保溫24 h，反應(yīng)結(jié)束后，得到納米Al2O3溶膠，過濾、洗滌、干燥，最后放入馬弗爐600 °C煅燒3 h，獲得白色的棒狀納米Al2O315
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:所述的棒狀A(yù)l2O3表面處理方法是，向丙酮溶液中加入環(huán)氧樹脂基體質(zhì)量5wt%上述制備好的棒狀納米Al2O3和4 wt%的氨丙基三甲氧基硅烷APTM0S，置于超聲清洗儀中低速攪拌8 h ;然后對混合液進(jìn)行離心和干燥處理，最終獲得改性的納米Al2O315
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于環(huán)氧樹脂棒狀納米氧化鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征是:所述的棒狀納米A1203/EP復(fù)合材料的制備方法是，稱取環(huán)氧樹脂基體質(zhì)量5wt%的經(jīng)氨丙基三甲氧基硅烷改性過的納米Al2O3,裝入250 mL的三口瓶內(nèi)，并注入適量丙酮，于超聲攪拌條件下 處理30 min，待粉體充分分散后，向瓶內(nèi)加入預(yù)熱的10 g環(huán)氧樹脂，并在60 °C超聲水浴條件下攪拌2 h使其混合均勻，以脫去混合物中的溶劑，向上述制備好的納米Al2O3與環(huán)氧樹脂混合液中注入甲基四氫苯酐MTHPA固化劑和二甲基咪唑DMI促進(jìn)劑，并在60 °C恒溫水浴條件下攪拌I h，待混合液攪拌均勻后，得到淡黃色粘稠狀的聚合物，將制備好的上述淡黃色粘稠狀的聚合物緩慢傾倒在模具中模具是提前預(yù)熱并涂有脫模劑，梯度升溫固化反應(yīng)物，自然冷卻后脫模，最終得到填充量為5wt%的棒狀納米A1203/EP復(fù)合材料。
【文檔編號】C08K9/06GK103951939SQ201410215414
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】周宏 , 張玉霞, 范勇, 陳昊 申請人:哈爾濱理工大學(xué)