[发明专利]一种核壳型低介电阻燃聚酰亚胺基纤维材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳型低介电阻燃聚酰亚胺基纤维材料及其制备方法，先使用磷酸酯基化合物、对称型芳香醛化合物与氨基聚倍半硅氧烷进行Kabachnik‑Fields反应制得磷酸酯基氨基聚倍半硅氧烷，再芳香二胺和芳香二酐酰胺反应制得聚酰胺酸，由磷酸酯基氨基聚倍半硅氧烷与聚酰胺酸酰胺反应制得改性聚酰胺酸，再用同轴静电纺丝法将微量注射泵中不同路径的改性聚酰胺酸溶液、聚酰胺酸溶液进行纺丝制得核壳型改性聚酰氨酸纤维材料，最后经热处理制得核壳型低介电阻燃聚酰亚胺基纤维材料，材料内核为聚酰亚胺纤维，外壳为改性聚酰亚胺，介电常数低于2.2，氧指数LOI高于35％，具有优异介电和阻燃性能，在5G、印刷电路板、光电、航空航天等相关材料制备领域具有良好应用前景。

技术领域

本发明涉及纤维材料及其制备领域，尤其是一种核壳型低介电阻燃聚酰亚胺基纤维材料及其制备方法。

背景技术

芳族聚酰亚胺纤维作为一种高性能的聚合纤维，因为其优异的介电性能、热稳定性、机械性能和光学性质被广泛用作电子产品基质材料和航空航天飞行器结构材料。随着互联网时代的到来，5G乃至更高频的通信技术的研发以及使用，大大的增加了社会对电子产品的需求量，高频率通讯技术对电子产品的封装材料的各方面性能提出了更高的要求。

由于高频电磁波下，要求微电子器件互连层电介质材料的介电常数小于2.3，以降低互连延迟和介电损耗。材料因为介电常数在信号传输过程中会产生一定的介电损耗，从而导致电子器件在使用时温度升高以及影响电磁信号的传输。同时常规使用的聚酰亚胺在暴露于紫外线时会由于内部热量的产生而发生严重的热降解。长时间使用和持续暴露于高能辐射下甚至会导致主体材料着火。大多数市售的PI取决于它们的化学结构，其介电常数在3.0～3.5之间，这不足以在不久的将来满足要求。

基于Clausius-Mosotti方程，国内外对低介电常数PI的制备进行了广泛而深入的研究，主要分为低极性PI和多孔PI两个方向。笼型低聚倍半硅氧烷分子的空腔结构以及硅氧键使得该分子有降低介电常数以及提升阻燃性能的作用。笼型低聚倍半硅氧烷引入聚合物已被证明是降低聚合物介电常数的有效方法。聚合物/聚倍半硅氧烷复合材料的形成可以同时降低介电常数并增强聚合物的阻燃性能。同时值得注意的是，诸如磷、卤素的掺入的阻燃材料可提供可持续的耐热性并保护主体基质材料。然而，有关基于磷和卤素衍生物的聚合物基质前体的可用报道是有限的。专利CN111286076 A涉及一种氨丙基-聚倍半硅氧烷改性的聚酰亚胺气凝胶及其制备方法、应用，具体以氨丙基-聚倍半硅氧烷为交联剂、芳香二胺与芳香二酐进行三元共聚制备聚酰胺酸溶液，再通过溶胀、高压反应釜中固化，最后常压分级干燥得到聚酰亚胺气凝胶。此发明要求高压而且对作为交联节点的氨丙基-聚倍半硅氧烷原料不易于获得，且机械性能得不到保障，亦未考虑到提升材料阻燃性能，难以大规模开发应用。

发明内容

发明目的:为了解决现有技术所存在的问题，本发明的第一目的是提供一种核壳型低介电阻燃聚酰亚胺基纤维材料。

本发明的第二目的是提供一种核壳型低介电阻燃聚酰亚胺基纤维材料的制备方法。

技术方案:为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：一种核壳型低介电阻燃聚酰亚胺基纤维材料，内核为聚酰亚胺纤维，内核直径为10～100nm；外壳为改性聚酰亚胺纤维，壳层厚为10～100nm。

本发明还公开了一种核壳型低介电阻燃聚酰亚胺基纤维材料的制备方法，具体由核壳型改性聚酰氨酸纤维经分段温区热处理制得，且内核为聚酰亚胺纤维，外壳为改性聚酰亚胺纤维；

所述核壳型改性聚酰氨酸纤维是采用同轴静电纺丝法由微量注射泵中不同路径的改性聚酰胺酸溶液、聚酰胺酸溶液进行纺丝制得；

所述改性聚酰亚胺纤维是由改性聚酰胺酸溶液经分段温区热处理在聚酰亚胺纤维内核表面生成；

所述改性聚酰胺酸溶液是由磷酸酯基氨基聚倍半硅氧烷与聚酰胺酸进行酰胺化反应制得，聚酰胺酸溶液是由芳香二胺和芳香二酐进行酰胺化反应制得。