[发明专利]一种高流动性、低热膨胀系数的热塑性聚酰亚胺材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种高流动性、低热膨胀系数的热塑性聚酰亚胺材料，属于光功能高分子材料技术领域。一种高流动性、低热膨胀系数的热塑性聚酰亚胺材料，包括以下重量份数的组分：热塑性聚酰亚胺92~98份、润滑剂2~8份、抗氧剂0.1~0.5份。本发明添加适量润滑剂保证了热塑性聚酰亚胺的高近红外光透过率和低热膨胀系数的同时，大幅度改善了其流动性，熔体流动速率从13g/10min提高到45~75g/10min（380℃/12.5kg），易于直接注塑成型，可以用于大批量生产光通讯透镜。

技术领域

本发明涉及一种高流动性、低热膨胀系数的热塑性聚酰亚胺材料及其制备方法，尤其涉及一种5G光通讯光模块透镜用热塑性高分子材料，属于光功能高分子材料技术领域。

背景技术

5G通讯对网络下载速度的要求越来越高，而光纤通讯所具有的大容量、长距离的优势满足了5G通讯对承载网络的要求。相比4G光纤通讯，5G光纤通讯除了传统前传和回传的光模块需求，在中传环节也增加了新的光模块，而透镜是光通模块中的一个关键部件，在耦合光路中将发散光汇聚到光纤、探测器以及硅波导等器件上。因此5G光纤通讯对透镜的需求大幅度增加。

传统光模块用透镜材料一般采用光学玻璃材质，需要对其进行加工打磨，耗时耗力，生产效率不高，合格品直通率低，不能满足日益增长的市场需求。因此越来越多的光通信透镜被热塑性透明树脂所替代。热塑性透明树脂可以采用注塑加工的方式可大大提高加工效率。但是传统的热塑性透明树脂一般具有较高的热膨胀系数，例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的热膨胀系数为60 ppm/K；聚碳酸酯（PC）的热膨胀系数为70 ppm/K，很难符合高性能光学透镜的低热膨胀系数要求。而采用耐高温的热塑性聚酰亚胺树脂，例如美国GE公司开发的Ultem，其热膨胀系数达到了56 ppm/K。而低热膨胀系数的聚酰亚胺一般是薄膜制品，例如日本Ube开发的商品化聚酰亚胺薄膜Upilex-S，是由刚性的联苯二酐（BPDA）和对苯二胺（PDA）制备而成，其热膨胀系数为3-24 ppm/K，但其不具有热塑加工性。

中国专利CN202010192147.0公开了一种低热膨胀系数的热塑性聚酰亚胺树脂，其线性膨胀系数为20-40ppm/K，但由于大量苯环的存在增加了分子链的刚性，酰胺键的引入增加了分子间的相互作用力，导致该热塑性聚酰亚胺的流动性较差，注塑成型时产生大量的剪切热，使树脂发生降解，在产品表面形成一层白色的薄膜影响其透近红外光率。因此，开发一种光通信透镜用高流动性兼具低热膨胀系数的特种工程塑料就显得极为迫切。

热塑性聚酰亚胺的加工温度在360℃以上，而常规润滑剂在高温作用下容易发生降解，起不到润滑作用，如PETS、硬脂酸、聚乙烯蜡以及EBS等。本发明在热塑性聚酰亚胺的基础上添加一种耐高温润滑剂改善其加工流动性，并且不影响其近红外光的透过率和热膨胀系数，为光纤通信等领域提供一种高流动性、低热膨胀系数的热塑性聚酰亚胺材料，可直接注塑成型，大批量生产光模块透镜。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明通过添加润滑剂改善热塑性聚酰亚胺的加工流动性，使其易于直接注塑成型，并且减少树脂的分解对材料在近红外光区的透光率。

本发明的目的是提供一种高流动性、低热膨胀系数的热塑性聚酰亚胺材料，包括以下重量份数的组分:

热塑性聚酰亚胺 92~98份

润滑剂 2~8份

抗氧剂 0.1~0.5份。

进一步方案，所述热塑性聚酰亚胺具有如下分子结构式：

其中m和n均为大于0的整数，m/n=0.25~4；

该热塑性聚酰亚胺树脂的玻璃化转变温度为260℃~320℃，热膨胀系数为20~40ppm/K。

进一步方案，所述润滑剂是F-S3700或硬脂酸锂中的一种，其分解温度在400℃以上。其中F-S3700是一种离子液晶聚合物。