覆铜板用聚苯醚/环氧树脂体系研究

论文摘要

由于环氧树脂原料易得、价格便宜以及具有优良的加工工艺性,因此目前覆铜板（CCL）所使用的基材,不管是数量上或是技术上,都是以环氧树脂（EP）所制作的FR-4板材为主。但是环氧树脂的介电常数和介质损耗较高、耐热性和尺寸稳定性差以及性脆等缺点,已逐渐无法满足高性能CCL的要求。聚苯醚树脂（PPE）具有低介电常数、高的耐热性、良好的尺寸稳定性以及低吸水率等特点。采用PPE改性环氧树脂制备新型的树脂体系,可为高性能的覆铜板提供较为理想的基材。把PPE用于改性环氧树脂,其存在的主要问题是PPE与EP的相容性不是很好以及PPE的耐化学药品性差。由于覆铜板的性能主要是由树脂基材的性能决定的,因此研究PPE/EP树脂体系的性能具有重要的理论和实际意义。针对PPE/EP体系的相容性和耐化学药品性差的问题,提出在PPE/EP体系中加入自制相容剂苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）的基础上,同时添加交联剂TAIC的方法,在改善PPE与EP相容性的同时保证了PPE/EP体系的耐化学药品性。采用非等温DSC和等温DSC法来研究PPE/EP体系的固化反应。非等温DSC研究表明PPE/EP体系的固化反应的动力学参数受PPE含量的影响较大,Kissinger法计算得到PPE/EP体系在10 wt % PPE,20wt % PPE,40 wt % PPE含量时的表观活化能依次为63.88,55.37,47.31kJ/mol,说明PPE可以促进环氧树脂的固化反应。等温DSC研究表明在研究的温度范围内,等温固化温度越高,PPE/EP体系的反应速率越快,最终的反应程度越高。对聚苯醚（PPE）/（EP）环氧树脂体系的性能进行了较为详细和深入地研究,PPE/EP体系表现出最高上临界温度行为,其耐热性和介电性能随着PPE含量的增加而提高。PPE/EP体系的拉伸强度与所用的固化温度关系很大,温度越高,拉伸强度越大;而拉伸模量则基本保持恒定,与固化温度和组成无关;其断裂韧性主要是由热塑性PPE的机械性能所决定的。对PPE/EP体系的相态研究表明,PPE和环氧树脂体系的相分离是通过旋节线分离发生的,且PPE和环氧树脂之间缺乏明显的交联,TAIC可以改善PPE/EP体系的耐化学药品性。随着PPE含量的增加,分散相PPE颗粒的尺寸增大。PPE/EP体系大约在30 wt % PPE时发生了相反转。在PPE/EP覆铜板的热压成型工艺时,热压温度、成型压力以及压制时间对复合材料的性能影响很大,较优的成型工艺为: 150℃+190℃/0.5h/1 MPa +240℃/2.5h/5 MPa。研究热压工艺条件、树脂含量、偶联剂的种类和用量等因素对覆铜板机械性能和介电性能的影响,制备出介电性能、耐热性能和机械性能比FR-4优良的产品。研究了苯乙烯-马来酸酐共聚物（SMA）对PPE/EP体系的相容作用和相容机理。采用溶液聚合法制备了SMA,SMA中马来酸酐的含量为7%时,R-SMA能与PPE完全相容,可以作为PPE/EP体系有效的相容剂,但是SMA不能明显地提高PPE/EP混合物的耐化学药品性。随着SMA含量的增加,PPE/EP混合物的热稳定性升高。PPE/EP树脂基覆铜板的弯曲强度随着SMA含量的增加而增加,但其耐水性却随着SMA含量的增加而减弱。PPE/TAIC的固化混合物具有优良的耐化学药品性,其热稳定性随着PPE含量的增加而提高。A-172对PPE/TAIC复合材料来说是有效的硅烷偶联剂。PPE/TAIC覆铜板的介电常数,介质损耗及耐水性均明显优于PPE/EP树脂基覆铜板,但是其耐热性较差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 前言
• 1.1 覆铜板的发展历程与发展趋势
• 1.1.1 覆铜板的发展历程
• 1.1.2 覆铜板的发展趋势
• 1.2 覆铜板用基体树脂的特点
• 1.2.1 环氧树脂
• 1.2.2 氰酸酯（CE）树脂
• 1.2.3 聚酰亚胺与双马来酰亚胺
• 1.2.4 聚四氟乙烯
• 1.2.5 聚苯醚及改性聚苯醚树脂
• 1.3 增强材料
• 1.3.1 新型极薄玻璃纤维布
• 1.3.2 低介电常数的玻纤布
• 1.3.3 低热膨胀系数的玻璃纤维布
• 1.3.4 紫外线屏蔽玻璃纤维布
• 1.4 铜箔
• 1.5 高频高性能基板的技术性能要求与发展
• 1.6 本论文的研究背景、研究内容和创新性
• 1.6.1 本论文的研究背景和研究意义
• 1.6.2 国内外研究状况
• 1.6.3 本论文研究的主要内容
• 1.6.4 本论文的创新与特色
• 参考文献
• 第二章 聚苯醚/环氧树脂体系固化反应动力学研究
• 前言
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 试样的制备
• 2.1.3 仪器测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 PPE/EP 混合物不同配比的固化反应
• 2.2.2 PPE/EP 混合物的固化动力学
• 2.2.3 Kisserge 法
• 2.2.4 树脂体系的等温固化反应研究
• 2.2.5 固化工艺的确定
• 2.2.6 树脂体系的红外研究
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 聚苯醚/环氧树脂体系性能研究
• 前言
• 3.1 实验
• 3.1.1 原料
• 3.1.2 仪器及测定
• 3.1.3 试样的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 PPE/EP 体系的相行为
• 3.2.2 PPE/EP 体系的相态
• 3.2.3 PPE/EP 体系的介电性质
• 3.2.4 PPE/EP 体系的机械性能
• 3.2.5 PPE/EP 体系热性能的研究
• 3.2.6 PPE/EP 体系热分解动力学研究
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 聚苯醚/环氧树脂覆铜板研究
• 前言
• 4.1 复合材料的界面理论
• 4.2 偶联剂对界面的作用机理
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 实验原材料及实验设备
• 4.3.2 玻璃布偶联剂处理
• 4.3.3 浸胶液的配制
• 4.3.4 浸胶
• 4.3.5 热处理
• 4.3.6 热压工艺
• 4.4 试样性能测试及表征
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 热压工艺对覆铜板机械性能的影响
• 4.5.2 树脂含量对覆铜板弯曲强度的影响
• 4.5.3 树脂含量对覆铜板剥离强度的影响
• 4.5.4 树脂含量对覆铜板吸水率的影响
• 4.5.5 树脂含量对覆铜板介电性能的影响
• 4.5.6 偶联剂对覆铜板性能的影响
• 4.5.7 复合材料热性能研究
• 4.5.8 PPE/EP 树脂基覆铜板的性能
• 4.5.9 PPE/EP 树脂基覆铜板热压过程中出现的问题及解决办法
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 SMA 的合成及其对覆铜板用 PPE/EP 体系性能的影响
• 前言
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 原料
• 5.1.2 样品制备及仪器测试
• 5.1.3 SMA 的合成
• 5.1.4 SMA 中马来酸酐含量的测定
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 SMA 的聚合方式和条件
• 5.2.2 SMA 的溶解性
• 5.2.3 SMA 的红外光谱分析
• 5.2.4 SMA 的耐热性
• 5.2.5 SMA 的玻璃化转变
• 5.2.6 SMA 对PPE/EP 体系相容性研究
• 5.2.7 SMA 对 PPE/EP 体系耐热性的影响
• 5.2.8 PPE/EP（含SMA）覆铜板性能
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 第六章 TAIC 对PPE/EP 耐化学药品性的影响以及 PPE/TAIC 覆铜板性能研究
• 前言
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 原料
• 6.1.2 试样的制备
• 6.1.3 仪器测试
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 TAIC 对 PPE/EP 体系耐化学药品性的影响
• 6.2.2 TAIC 对 PPE/EP 体系耐热性的影响
• 6.2.3 PPE/TAIC 体系的相行为
• 6.2.4 PPE/TAIC 体系的红外研究
• 6.2.5 树脂体系固化反应的表观动力学研究
• 6.2.6 PPE/TAIC 体系的耐热性
• 6.2.7 PPE/TAIC 树脂基复合材料的相态
• 6.2.8 PPE/TAIC 树脂基复合材料热性能研究
• 6.2.9 PPE/TAIC 覆铜板的性能
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 在学期间发表与学位论文内容相关的学术论文
• 致谢