高介电常数玻璃纤维及其制备方法和高介电常数的覆铜层压板

摘要

本发明涉及一种高介电常数玻璃纤维。高介电常数玻璃纤维，包括下述化合物制成：SiO

说明书

技术领域

本发明属于新材料领域，尤其是涉及一种高介电常数玻璃纤维，这种高介 电常数玻璃纤维用作印刷线路板增强基材，可用于使高频设备小型化的印刷线 路板领域。

背景技术

随着高频信息通讯，例如车载电话、个人无线通讯、卫星通讯、有线电视 网络等的高速发展，要求电子设备和微波线路小型化、便携化，因此要求印刷 线路板小型化，大容量、小型化的印刷线路板需要采用介电常数高的覆铜层压 板。高介电常数的覆铜层压板必须要用高介电常数的树脂和高介电常数的玻璃 纤维布，目前最普通的玻璃纤维为E玻璃纤维，其介电常数只有6.5左右，不能 满足高介电常数的要求，尽管铅玻璃具有高的介电常数，但由于铅的不稳定性、 环境污染等问题，同样无法满足市场需求。为了解决高介电常数玻璃纤维的问 题，日本等国家二十世纪九十年代就开始研究高介电常数玻璃纤维，并研制成 了相应的高介电常数玻璃纤维。我国还没有此方面研究报道。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在1MHz频率条件下，玻璃纤维介电常数ε 大于9.5、介电损耗tgδ小于0.03的高介电常数玻璃纤维；本发明的另一个目的 是公开一种具有良好的纤维成型工艺性能，拉丝温度低于1120℃的高介电常数 玻璃纤维的制备方法；本发明的最后一个目的是又上述高介电常数玻璃纤维制 成的高介电常数的覆铜层压板。

本发明的技术方案如下：

高介电常数玻璃纤维，包括下述化合物制成：SiO₂30～40wt%，MgO0～ 2wt%，CaO3～7wt%，SrO6～10wt%，BaO22～27wt%，CeO₂0～5wt%，TiO₂7～15wt%，ZrO₂2～5wt%，Nb₂O₃4～22wt%，Al₂O₃0～6wt%；ZnO、R₂O及 其它化合物，总量小于1wt%；在1MHz频率条件下，玻璃纤维介电常数ε大于 9.5、介电损耗tgδ小于0.03。

作为优选，高介电常数玻璃纤维包括下述化合物制成：SiO₂32～38wt%，MgO 0～2wt%，CaO4～6wt%，SrO7～8.5wt%，BaO24～26wt%，CeO₂0～4.5wt%，TiO₂7.5～14wt%，ZrO₂2.5～4.5wt%，Nb₂O₃5～15wt%，Al₂O₃2～5wt%；ZnO、R₂O 及其它化合物，总量小于1wt%。

高介电常数玻璃纤维的制备方法将上述述的各化合物为原料混合配制成配 合料，在1350℃～1450℃温度条件下，边搅拌边熔融制成玻璃料块，然后在 1280～1320℃下再熔融2小时以上，温度降至1100～1120℃后拉制纤维。

作为优选，各化合物原料混合配制成配合料，装入铂金化料坩埚内，在1350 ℃～1450℃温度条件下，边搅拌边熔融，熔制4小时；将玻璃流到耐热钢板上， 制成玻璃料块，然后将料块放入拉丝炉内，在1280～1320℃下再熔融2小时以 上，把拉丝炉漏板温度降至1100～1120℃后，开始拉丝，调整拉丝速度，使得 拉制成的连续纤维直径为8～9μm。

高介电常数的覆铜层压板，玻璃纤维是上述的高介电常数玻璃纤维。

本发明中确定的氧化物含量范围基于以下原因：SiO2，SiO2玻璃网络形成 剂，其含量直接影响玻璃强度、析晶温度、高温粘度等，同时SiO2直接影响介 电常数，若玻璃中含量低于30wt%，玻璃纤维强度降低、玻璃析晶温度提高、 高温粘度下降、析晶速度太快，难以拉成纤维；若玻璃中含量高于40wt%，难 以获得高介电常数的玻璃纤维，其最佳值为32～38wt%。MgO、CaO、SrO、BaO， MgO、CaO、SrO和BaO碱土金属氧化物，是玻璃网络外剂，用于玻璃中的作 用是降低玻璃析晶温度、提高介电常数，提高介电常数的能力从MgO到BaO 随着分子量的增加依次递增，当含量太低时，玻璃难熔，难以成纤维，而且介 电常数也难以达到9.5，当含量太高时，析晶温度不但不能降低，反而提高，而 且玻璃的高温粘度太低，难以成纤维，其最佳值为MgO0～2wt%、CaO4～ 6wt%、SrO7～8.5wt%、BaO24～26wt%。TiO2、ZrO2、CeO2，TiO2、ZrO2、 CeO2等过渡金属氧化物，起到助熔、提高玻璃化学稳定性、提高介电常数等作 用，但提高析晶温度。这些组份含量太低时，难以获得化学稳定性良好和介电 常数高于9.5的玻璃纤维；含量太高时，导致析晶温度太高，难以形成纤维。其 最佳值为CeO20～4.5wt%、TiO27.5～14wt%、ZrO22.5～4.5wt%。Nb2O3，Nb2O3 在此玻璃中能有效降低析晶温度，有利于玻璃熔制和纤维成型，同时提高玻璃 的介电常数。当含量太低时，起到的效果不明显；含量太高时，析晶温度反而 提高，导致纤维难以成型。其最佳值为Nb2O35～15wt%。Al2O3，在此玻璃 纤维中加入少量的Al2O3，提高纤维成型温度与析晶温度之间的差值，有利于 纤维成型。其最佳值为2～5wt%。玻璃中含有少量ZnO、R2O等其它化合物， 其总量小于1wt%。本发明的玻璃可以1350℃以上温度条件下，用电加热熔融预 配好的玻璃配合料来获得高介电常数玻璃。然后把玻璃在1280～1320℃下再熔 融，熔融玻璃通过铂金漏板的漏嘴拉制成直径为8～9μm连续纤维。拉制的纤 维可以根据用户需要制成玻璃纤维布、纱、带等各种玻璃纤维产品。ZnO、R2O 作为助熔剂，能提高玻璃的熔制及拉丝工艺性能。

本发明的有益效果是：高介电常数玻璃纤维介电性能优异，介电常数ε＞ 9.5，介电损耗tgδ＜0.03（测试频率1MHz）；高介电常数玻璃纤维具有良好的 纤维成型工艺性能，拉丝温度低于1120℃。

具体实施方式

表1为本发明的高介电常数玻璃纤维的实施例。

按表1中所示的高介电常数玻璃纤维，由下述化合物制成：SiO₂30～40wt%， MgO0～2wt%，CaO3～7wt%，SrO6～10wt%，BaO22～27wt%，CeO₂0～5wt%， TiO₂7～15wt%，ZrO₂2～5wt%，Nb₂O₃4～22wt%，Al₂O₃0～6wt%，上述氧化 物在玻璃纤维中的总含量达到99wt%以上，本发明高介电常数玻璃纤维中含有 少量ZnO、R₂O及其它化合物，其总量小于1wt%，R是指K、Na等碱金属元 素。在1MHz频率条件下，玻璃纤维介电常数ε大于9.5、介电损耗tgδ小于0.03。

表1

高介电常数玻璃纤维的制备方法，采用上述相应的化合物用为原料，混合 配制成配合料，装在铂金化料坩埚内，在1350℃～1450℃温度条件下，边搅拌 边熔融，熔制4小时，把熔制好的玻璃一部分流放到预热过的介电性能测试样 块的模具上，并及时把样块放入退火炉中，在450～550℃的温度条件下退火1 小时，然后自然降温，取出样品作为介电性能测试样品；另一部分玻璃流到耐 热钢板上，制成玻璃料块，然后将料块放入拉丝炉内，在1280～1320℃下再熔 融2小时以上，把拉丝炉漏板温度降至1100～1120℃后，开始拉丝，调整拉丝 速度，使得拉制成的连续纤维直径为8～9μm。测好介电性能的玻璃样品切成 小方块，用于测量玻璃密度，玻璃密度采用悬浮法。

高介电常数的覆铜层压板，玻璃纤维是上述的高介电常数玻璃纤维。