一种聚芳醚腈复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种聚芳醚腈复合材料及其制备方法与应用，涉及特种高分子材料技术领域。本发明专利技术公开了一种高温环境下氯化锌增强聚芳醚腈复合材料的制备方法，首先通过分子设计合成邻苯二甲腈封端的高分子量可交联聚芳醚腈与制备联苯型双邻苯二甲腈的预聚物，并在氯化锌存在的三组分体系上研究其高温后不同时间的固相交联过程，以制备出一种结构形貌可控的高交联程度、介电稳定、低吸水率且耐高温、高强度的聚芳醚腈薄膜。本发明专利技术在同等固相交联化学反应的温度和时间下，获得了更优化的复合材料及性能，这为工业上大规模制备耐高温、高强度并在高温下介电稳定性优异的聚芳醚腈薄膜提供基本理论和操作基础。提供基本理论和操作基础。提供基本理论和操作基础。

【技术实现步骤摘要】
一种聚芳醚腈复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于特种高分子材料制备
，涉及一种聚芳醚腈复合材料的制备方法，具体公开了一种高温环境下氯化锌增强聚芳醚腈复合材料的方法。

技术介绍

[0002]耐高温聚芳醚树脂，例如聚芳醚砜、聚醚酮、聚芳醚腈、聚芳醚酰胺等，由于耐高温、耐腐蚀、优良的机械性能、介电性能和尺寸稳定性，广泛应用于国防军工和电子工程技术等诸多领域。聚芳醚腈(PEN)，作为一类特种热塑性树脂，具有较高的玻璃化转变温度(Tg≥180℃)，分子侧链含有氰基作为潜在交联基团，但是氰基侧基的交联反应条件较为苛刻，因此可以利用邻苯二甲腈对聚芳醚腈分子链进行封端，降低交联反应活化能，生成酞菁环或三嗪环结构增大交联点的数量，从而阻碍分子链段的运动，有效的提升了玻璃化转变温度。
[0003]然而，邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈具有高活性的端氰基数量有限，大部分氰基仍是位于苯环上的，不易发生碰撞成环。因此需要加入交联剂，增加氰基浓度提升碰撞速率，抑或加入催化剂，提升交联反应速率，改善交联反应需要的高温长时间这一苛刻条件且薄膜质脆的现象。
[0004]目前，对聚芳醚腈的改性主要包含分子设计与合成方面、共混热固性树脂、催化剂降低交联反应条件、热交联、高温单向拉伸等方法。共混热固性树脂，主要是指使用带氰基的树脂，增加体系氰基的浓度和碰撞几率；催化剂是指在聚芳醚腈存在的溶液体系下加入氯化金属物催化剂，加速氰基的交联成环反应，使其降低固化温度与时间的条件，加快交联反应速率。
[0005]高温固化处理是指链段运动活跃，加速热交联成环形成空间网络结构，通过这三种方法的结合能够有效提高聚芳醚腈的耐热性、机械性能与高温介电稳定性。专利CN110628014A公开了一种交联型聚芳醚腈耐高温介电薄膜的制备方法，通过将活泼氢的氨基引入邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈中，利用氨基的催化作用提升交联反应的速度，但其工艺过程相对繁复，且工艺方法中需要引入活泼氢的氨基，这对基体结构与实验环境要求更加严格。专利CN202110559514公开了一种高强度耐高温聚芳醚腈薄膜的制备方法，通过引入交联剂到邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈中，利用氰基的浓度提升交联反应可能，但由于交联剂是小分子，容易在高温下分解，使得力学性能提升有限。
[0006]因此，本专利技术主要是提供了一种高温环境下氯化锌增强聚芳醚腈复合材料及其性能研究，即选用氯化锌作为催化剂和联苯型双邻苯二甲腈作为交联剂以增加复合体系的氰基浓度和碰撞几率，同时利用高温环境固化处理这一策略提升聚芳醚腈的各项性能，以实现该特种高分子材料在综合领域的广泛应用。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种聚芳醚腈复合
材料的制备方法。
[0008]因现有聚芳醚腈材料的玻璃化转变温度在180℃左右，可在230℃压力下长期使用，但随着航空、电子等诸多行业对材料的耐温性、高强度、介电稳定及防潮要求逐渐提升，提升聚芳醚腈材料的综合性能刻不容缓；以及，由于聚芳醚腈结构中含有功能化基团氰基，所以采用高温固相反应，可使氰基发生交联反应，使其结构从一维线形转变为三维体型结构，提升材料的刚性与玻璃化转变温度。然而，长时间的热处理会使得交联程度不断提升，力学性能便开始恶化，出现质脆等现象，这将无法较好的满足电子基材的加工制备过程；
[0009]同时，现有的聚芳醚腈薄膜的介电常数在3.5
‑
4.0之间，介电损耗在0.01
‑
0.05之间，高温下介电
‑
温度稳定性范围窄，吸水率高等不利条件，都无法满足5G电子基材的介电特性要求。为满足绝缘电子器件能在极端条件下更好应用，在具有优异电性能的前提下，提升耐温范围与机械强度尤其重要。因此，通过调控交联程度改变结构以达到改善性能。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种聚芳醚腈复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0012](1)将邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈、联苯型邻苯二甲腈熔融预聚体与氯化锌粉末溶于有机溶剂N
‑
甲基吡咯烷酮中，通过热机械搅拌、共混得到混合热溶液；
[0013](2)将所述混合热溶液通过流延法成膜，得到ZnCl2@PEN
‑
Ph/BPh复合材料；
[0014](3)将所述ZnCl2@PEN
‑
Ph/BPh复合材料经高温固化后，自然冷却至室温，即可得到黑色交联型的聚芳醚腈复合材料。
[0015]本专利技术公开了一种高交联程度、宽介电
‑
温度稳定性范围及低吸水率的聚芳醚腈复合材料的制备方法，通过一种高温环境下的氯化锌来提高现有聚芳醚腈复合材料的玻璃化转变温度及力学强度，同时伴随着较低的吸水率，介电稳定性，为大规模生产该类优异性能的聚芳醚腈复合材料提供基本理论和操作基础。
[0016]具体地，与现有增强型聚芳醚腈复合材料相比，本专利技术解决的问题有如下三点：1)通过加入联苯型邻苯二甲腈增加体系氰基的浓度，预聚后加入复合体系，成为增强相；2)在加入氯化锌的情况下，作为增强相提升复合材料的力学强度，高温环境下能够有效提升体系交联反应速率、高交联程度、耐热性及机械性能，还伴随有较低的吸水率；3)通过调控固化反应的升温工艺参数，能够逐渐提升该类聚芳醚腈复合材料的性能。
[0017]综上，本专利技术提供的制备工艺过程简单，效果明显，可针对一种高温环境下氯化锌增强聚芳醚腈复合材料及其制备量产，提供理论支撑与技术实践，并且性能作用提升明显，易于推广。
[0018]优选的，所述步骤(1)中，热机械搅拌共混2h，温度为220℃。
[0019]优选的，所述步骤(2)中流延法成膜过程中的升温程序：25℃～80℃，5℃/min；80℃～100℃，2℃/min；100℃～120℃，2℃/min；120℃～160℃，4℃/min；160℃～200℃，2℃/min；并在80℃、100℃、120℃和160℃时各保温1h，在200℃保温2h。
[0020]优选的，所述步骤(3)中高温固化过程中的升温程序：热处理温度为320℃～360℃中某一温度，程序化时间为8～10h中某一时间，方法是将温度与时间梯度组合。
[0021]具体地，升温程序1：
[0022]1：以4℃min，从200℃升温至320℃，保温8h；
[0023]2：以2℃/min，从320℃升温至340℃，保温1h。
[0024]升温程序2：
[0025]1：以4℃min，从200℃升温至320℃，保温8h；
[0026]2：以2℃/min，从320℃升温至350℃，保温1h。
[0027]升温程序3：
[0028]1：以4℃min，从200℃升温至320℃，保温8h；
[0029]2：以2℃/min，从320℃升温至360℃，保温1h。
[0030]此外，本专利技术还请求保护利用上述方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚芳醚腈复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)将邻苯二甲腈封端的聚芳醚腈、联苯型邻苯二甲腈熔融预聚体与氯化锌粉末溶于有机溶剂N
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甲基吡咯烷酮中，通过热机械搅拌、共混得到混合热溶液；(2)将所述混合热溶液通过流延法成膜，得到ZnCl2@PEN
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Ph/BPh复合材料；(3)将所述ZnCl2@PEN
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Ph/BPh复合材料经高温固化后，自然冷却至室温，即可得到黑色交联型的聚芳醚腈复合材料。2.根据权利要求1所述的一种聚芳醚腈复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，热机械搅拌共混2h，温度为220℃。3.根据权利要求1所述的一种聚芳醚腈复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中流延法成膜过程中的升温程序：25℃～80℃，5℃/min；80℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：童利芬，何亮，王婷，张琬茹，刘孝波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：