[发明专利]一种聚酰亚胺微球改性的热固性树脂基复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺微球改性的热固性树脂基复合材料及其制备方法与应用。该准备方法包括以下步骤：首先将制备的聚酰亚胺微球添加到热固性树脂中分散，得到均匀的共混物，再将一定量的助剂添加到上述共混物中继续分散，然后转移共混物并浇注到模具，经过脱气、固化后，得到聚酰亚胺微球改性的热固性树脂基复合材料。本发明的热固性树脂复合材料兼具力学性能高、热稳定性能优异、耐热性高等优点，在印制电路板、电器浇注与灌封材料、层压材料、模具等领域有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于热固性树脂材料领域，具体涉及一种聚酰亚胺微球改性的热固性树脂基复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

热固性树脂因其优异的电绝缘性、尺寸稳定性和耐化学性而被广泛应用于印刷电路板、半导体封装材料和工程机械结构件等领域。但是，由于传统热固性树脂固有的高脆性，差的抗裂性和弱的抗冲击性，其应用受到限制。而且，随着先进微电子技术的不断发展，发展无污染的无铅焊料势在必行，而更高的回流焊温度对大量用于半导体元件和基板的热固性树脂的热性能提出了更高的要求。因此，研究者们已尝试添加各种改性材料(例如：弹性体、无机纳米粒子)以改善热固性树脂的性能。橡胶弹性体虽然可以提升热固性树脂的韧性，但会造成复合材料强度、弹性模量和热性能的极大降低；而无机材料与热固性树脂基体相容性差，易发生团聚，且一些无机材料相对密度较高，其改性复合材料难以达到轻量化。此外，利用热塑性树脂改性热固性树脂有望协调改善热固性树脂机械性能和热性能，但是由于热塑性树脂的溶解性较差，会提高共混物的粘度，而且需要在加工过程中使用大量溶剂，工艺较为复杂，很难满足实际应用需求。

近年来，预成型聚合物在复合材料中的应用得到了科学界的广泛关注。研究者们采用乳液聚合或悬浮聚合等方法将热塑性聚合物制成微纳米粒子，再与其它聚合物基体进行复合，不仅可以结合两种材料的各自优点、简化加工工艺，还能使材料的综合性能得到增强。例如， Prasun Kumar Roy等人制备了粒径为177～250μm的环氧树脂涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS) 微球，然后将PDMS微球添加到室温固化的不饱和聚酯中，显著提高了热固性树脂的冲击强度和断裂能，而拉伸强度和玻璃化温度略有降低(P.K.Roy,N.Iqbal,D.Kumar,etal.Rubber toughening of unsaturated polyester with core–shell poly(siloxane)-epoxy microspheres[J].Polymer Bulletin，2014，71(10)：2733-2748)。S.Chaudhary等人将通过悬浮聚合方法制备的胺官能化聚苯乙烯微球(52～183μm)添加到环氧树脂中，当添加3wt％微球时，制备的环氧树脂复合材料的拉伸强度、冲击强度和断裂韧性均有显著改善(Chaudhary, S.,et al.,Amine-Functionalized Poly(styrene)Microspheres asThermoplastic Toughener for Epoxy Resin.Polymer Composites,2015.36(1):p.174-183)。中国专利CN109456584A公开了一种核壳结构微球增韧不饱和聚酯树脂材料及其制备方法。该方法以苯乙烯和正硅酸乙酯为主要原料，通过乳液聚合制备了50nm～10μm的聚苯乙烯/二氧化硅核壳微球，将其与不饱和聚酯一同经过球磨、稀释和搅拌后制得树脂混合液，再固化得到不饱和树脂复合材料。聚苯乙烯/ 二氧化硅核壳微球的加入可以提高不饱和树脂的韧性和冲击强度。中国专利CN108752866A 公开了一种改性纳米聚苯乙烯增强增韧环氧树脂纳米复合材料及其制备方法，该方法将环氧氯丙烷改性的聚苯乙烯微球与环氧树脂在室温下机械共混，制备的环氧树脂纳米微球复合材料的拉伸强度得到改善。Yang等人合成了高度交联的聚(环三磷腈-白藜芦醇)(PRV)微球 (1μm左右)，并将所得的PRV微球用于提高环氧树脂的阻燃性和机械性能。其制备的环氧树脂/PRV微球复合材料获得了优异的热稳定性，此外还发现PRV微球在均匀分散条件下能够起到机械增强作用，改善了热固性树脂的拉伸性能。(Yang,D.,et al.,Synthesis of bio-based poly(cyclotriphosphazene-resveratrol)microspheres acting as both flame retardantand reinforcing agent to epoxy resin.Polymers for Advanced Technologies,2020.31(1):p.135-145)