低介电环氧树脂复合材料的制备与性能研究

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环氧树脂是一种在复合材料中应用极其广泛的热固性树脂,固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能,耐溶剂性好、热膨胀系数低、机械强度高、热稳定性好、介电性能好、耐表面漏电和耐电弧等,被广泛用于印刷电路板中。环氧树脂是FR-4覆铜板中用量最大的树脂,但是近年来电子领域的飞速发展对线路板的性能要求也越来越高,尤其是对信号传输影响很大的介电性能。本论文以双酚A型环氧树脂E51为基体,通过掺氟、中空玻璃微球和聚苯乙烯三种方法降低环氧树脂介电常数,制备出低介电环氧树脂复合物,再将低介电树脂与玻璃纤维布复合制备出具有低介电常数和介电损耗、综合性能优异的环氧树脂/玻璃纤维层压板。  (1)以双酚AF(BPAF)与环氧氯丙烷(ECH)为原料,四乙基溴化铵为相转移催化剂通过两步法成功制备出低分子量六氟双酚A型环氧树脂DGEBHF,测得其环氧值为0.40。将DGEBHF、E51分别与甲基六氢苯酐(MHHPA)热固化得到环氧树脂固化物,相比E51体系,DGEBHF/MHHPA体系的初始热分解温度(T5)和玻璃化转变温度(Tg)均分别提高了10℃与20℃,材料的热稳定性明显提高,拉伸强度、弯曲强度和冲击强度小幅度下降;介电常数可达到2.93,且含氟环氧树脂固化物表现出更低的吸水率。  (2)环氧树脂中添加中空玻璃微球(HGM)有效的降低了其介电常数,随着HGM含量的增加,介电常数不断减小,当HGM含量为33.3wt%,材料介电常数降低至2.65,但材料的介电损耗也有一定程度上升;初始热分解温度最大提高至372.5℃,玻璃化转变温度下降2-3℃;在25℃下,复合材料的吸水率明显降低,但在100℃的沸水中,当HGM含量大于10wt%时,吸水率随着HGM添加量的增加而有所上升;触变剂SiO2加入使得HGM在环氧中分散均匀,且能有效减少材料的力学强度的损失。  (3)以环氧树脂E51与固化剂MHHPA为基体树脂,将含有引发剂的苯乙烯(St)单体在环氧基体中原位聚合,制备出环氧树脂/聚苯乙烯(PS)纳米复合材料。通过SEM观测得出聚苯乙烯微球的直径为50nm左右,均匀分散于环氧树脂中,且随着苯乙烯含量的增加,聚苯乙烯微球的形貌大小没有明显变化。当苯乙烯含量为50wt%时,复合材料的介电常数降低至2.68,介电损耗为0.0052。复合材料的力学性能随着苯乙烯含量的上升逐渐下降,热稳定性略有下降,Tg值在苯乙烯含量为50wt%时降至115.8℃。此外,25℃时St含量为33.3wt%时复合材料的吸水率可达到最小值,但在高温条件下,该体系的吸水率均高于纯环氧树脂的吸水率。  (4)将(2)、(3)中的低介电树脂分别与E玻纤布和D玻纤布复合制备出低介电环氧树脂/玻纤布层压板,与普通E51玻纤板作对比,通过对比各项性能,E51/HGM/D层压板的介电常数最低为3.19,其介电损耗、吸水率也减小,热稳定性最佳,但力学强度有一定下降;而E51/PS/D层压板介电常数稍高,其介电损耗、吸水率极低,力学强度高。
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