[发明专利]一种玻璃纤维增强热固性树脂基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种玻璃纤维增强热固性树脂基复合材料的制备方法。

背景技术

树脂基复合材料以其轻质、高强度，耐化学腐蚀以及良好的电学性能而广泛应用于航空航天、建筑，体育以及农业等领域。在热固性树脂基复合材料中，树脂通过固化将纤维增强材料黏结为整体，起到传递载荷的作用，并赋予复合材料各种优良的综合性能，如电绝缘性、耐腐蚀性、耐高温性、工艺性等。树脂基体在复合材料中起到粘结剂的作用，在增强纤维的性能趋于稳定的情况下，树脂基体是决定复合材料性能的主要因素。用于高频数字印刷线路板(PCB)和雷达天线罩等纤维复合材料的纤维最常用的是玻璃纤维，有机纤维(如Kevlar和高模量聚乙烯纤维)的应用并不多。这是由于玻璃纤维具有更好的综合性能。复合材料期望材料具有低损耗，即材料具有低的介电常数(k)和低的介电损耗(tanδ)。另外，材料还应具有良好的耐高温和耐湿热性能。因此复合材料常采用各种热固性树脂。这是由于热固性树脂一般较热塑性具有更高的玻璃化转变温度，即更好的耐高温性能。常用的传统热固性树脂基体包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂和酚醛树脂等。近年来，具有更优异性能的有机硅树脂、氰酸酯树脂(CE)和双马来酰亚胺树脂(BMI)等新型高性能热固性树脂基体也开始得到应用。

笼型倍半硅氧烷(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane，POSS)是指所有分子结构为(RSiO_3/2)n的一类特殊有机硅化合物，具有六面体结构T₈是其中最重要的一种。POSS分子结构中的硅氧骨架赋予其高的耐热性和化学稳定性以及优良的介电性能，而外围的有机基团可以增强与其它基体的相容性。将其引入到高分子基体中，可以形成性能优异的分子级有机无机杂化材料，因此POSS作为高分子材料改性剂越来越受到人们的关注。近年来人们已经合成出多种不同POSS单体，并已引入到不同树脂基体中，如环氧树脂、聚氨酯和聚烯烃等。

目前，玻璃纤维/热固性树脂复合材料在高性能PCB基体和航空雷达罩等领域广泛应用。然而，随着电子、信息技术的迅速发展，未来的电子元器件的小型化、高速化已成为趋势，迫切要求电子材料具有更低的损耗，高性能透波复合材料如航空雷达天线罩等也需要损耗更低的材料。但现有的大部分树脂基体复合材料的介电常数和损耗值仍较高，不利于在上述领域的应用。因此，非常有必要对现有热固性树脂基体和复合材料的加工进行改进，得到具有更优异电性能、力学性能、耐高温性能和耐湿热性能的复合材料树脂基体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有较好的综合力学性能、出色的介电性能、优异的耐高温和耐湿热性能的玻璃纤维增强热固性树脂基复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种玻璃纤维增强热固性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将热固性树脂在温度为80℃～140℃的条件下加热至熔融，待热固性树脂均匀透亮后在温度为90℃～150℃的条件下搅拌预聚1h～3h，然后加入笼型倍半硅氧烷，在温度为90℃～150℃的条件下搅拌再预聚1h～3h，冷却至室温得到改性热固性树脂；所述笼型倍半硅氧烷与热固性树脂的质量比为1～15∶100，所述热固性树脂为氰酸酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和有机硅树脂中的一种或几种；

(2)将步骤(1)中所述改性热固性树脂与有机溶剂按1∶1～5的质量比混合均匀，得到改性热固性树脂胶液；所述有机溶剂为丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种或几种；

(3)将步骤(2)中所述改性热固性树脂胶液均匀涂刷于玻璃纤维布上，在温度为80℃～120℃的条件下通风干燥10min～50min，得到玻璃纤维预浸布；

(4)将步骤(3)中所述玻璃纤维预浸布装入模具中，然后置于平板热压机上压制固化，待冷却至室温后脱模；

(5)将步骤(4)中经脱模后的玻璃纤维预浸布置于烘箱中进行后固化，冷却后即得到玻璃纤维增强热固性树脂基复合材料。

上述步骤(1)中所述氰酸酯树脂为双酚A型氰酸酯树脂和/或双环戊二烯型氰酸酯树脂，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、脂环型环氧树脂和酚醛环氧树脂中的一种或几种，所述双马来酰亚胺树脂的单体为N，N′-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺。

上述步骤(1)中所述笼型倍半硅氧烷为甲基笼型倍半硅氧烷、环己基笼型倍半硅氧烷、苯基笼型倍半硅氧烷、氨基笼型倍半硅氧烷和环氧基笼型倍半硅氧烷中的一种或几种。