PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其特征在于，其由如下重量份的组份制成：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS 0.1-10份。本发明还公开了制备所述PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的方法。本发明提供的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其固化物的玻璃化温度提高5-60℃，耐热性显著改善，弯曲强度、冲击强度、介电性能，导热性能相比纯环氧树脂也有很大提高。本发明复合材料体系固化后具有较高的玻璃转化温度，低吸水率、较低的介电常数和介质损耗、低热膨胀系数，高的热可靠性、高的导热率和机械性能，并具有良好的加工性能。

说明书

技术领域

本发明涉及PCB用高耐热材料，具体涉及一种PCB用高耐热POSS基 环氧树脂纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂是重要的热固性材料之一。由于它具有优异的热稳定性、机械 性和易加工性在胶黏剂、电子封装材料、涂层及航空航天等领域，特别是PCB 板中得到广泛应用。然而，环氧树脂还有很多不足之处，例如由于高交联密 度所引起的脆性较大，耐热性和强度还有待提高等等。合成一种新型的高性 能环氧树脂，所需成本非常大，而在原有环氧树脂基体上通过接枝、共聚和 共混等方式加入改性剂既节省成本又能提高环氧树脂的某些性能，因此是普 遍采用的方法。

近年来，有机无机杂化材料越来越受到人们的关注。因为他们既有有机 基团韧性好等优点，又有无机物刚性强耐热性好等优点。笼型聚倍半硅氧烷 (POSS)是一类有机无机杂化纳米材料，它的内核是由Si-O-Si组成的中空笼 型结构，周边是有机基团，尺寸在1nm-3nm之间。相关研究报道，利用POSS 改性环氧树脂，可以提高环氧树脂的耐热性，力学强度，介电性能和阻燃性。 与传统的改性材料相比，POSS与基体相容性好，不存在分散问题，质轻， 热稳定性高等许多优点，POSS改性环氧树脂这一课题正受到越来越多人的 关注。比较有代表性的是用八氨基苯基笼型倍半硅氧烷(OAPS)改性缩水甘油 醚双酚A，发现OAPS的加入使体系的热学性能和介电性能均相应提高。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于，提供一种PCB用高耐热 POSS基环氧树脂纳米复合材料及其制备方法制品，由于POSS表面含有大 量官能团，能够很好的与基体树脂相容或发生化学反应，最终提高基体的耐 热性，力学性能，介电性能和导热性。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其特征在于，其由 如下重量份的组份制成：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS 0.1-10份。

其中，所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份，优选100 份。所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚S型环氧 树脂、酚醛型环氧树脂中的一种或多种的混合物。所述固化剂是胺类、酚醛 树脂或酸酐类固化剂中的一种或多种的混合物。所述功能化POSS为笼形八 氨基苯基聚倍半硅氧烷。

一种制备所述PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的方法，其 特征在于，其包括下述步骤：

1)按重量份数称量各组分：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能 化POSS 0.1-10份；所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份；

2)将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为0.5-3h；

3)在搅拌条件下，将固化剂加入到步骤2)中获得均匀混合物，共混时 间0.5-5h；

4)将步骤3)中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，脱泡，固 化，得到PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料；具体为，将步骤3) 中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，70-90℃真空脱泡，然后按 110-130℃/2h，140-160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得PCB 用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。

本发明的优点在于：本发明提供的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米 复合材料，配方独特，其固化物的玻璃化温度提高5-60℃，耐热性得到了 显著改善；其弯曲强度、冲击强度、介电性能，导热性能相比纯环氧树脂也 有很大提高。本发明复合材料体系固化后具有较高的玻璃转化温度，低吸水 率、较低的介电常数和介质损耗、低热膨胀系数，高的热可靠性、高的导热 率和机械性能，并具有良好的加工性能。

本发明提供的制备方法，步骤紧凑、容易控制、产品质量稳定，生产效 率高，易产业化。

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不 限于此。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料，其由如 下重量份的组份制成：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能化POSS 0.1-10份。其中，所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份，优 选100份。所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚S 型环氧树脂、酚醛型环氧树脂中的一种或多种的混合物。所述固化剂是胺类、 酚醛树脂或酸酐类固化剂中的一种或多种的混合物。所述功能化POSS为笼 形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。

制备所述PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料的方法，其包括 下述步骤：

1)按重量份数称量各组分：环氧树脂50-80份，固化剂20-50份，功能 化POSS 0.1-10份；所述环氧树脂和固化剂组份质量份数之和为90-100份；

2)将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为0.5-3h；

3)在搅拌条件下，将固化剂加入到步骤2)中获得均匀混合物，共混时 间0.5-5h；

4)将步骤3)中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，脱泡，固 化，得到PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料；具体为，将步骤3) 中的混合物加入预热好并涂有脱模剂的磨具中，70-90℃真空脱泡，然后按 110-130℃/2h，140-160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得PCB 用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。

实施例2：

本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1基本相同，其不 同之处在于：取双酚A型环氧树脂60份，笼型八氨基苯基POSS 2份，置于 250ml三口瓶中搅拌0.5h，加入甲基六氢苯酐35份，继续搅拌0.5h，得到均 匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后按120 ℃/2h，150℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合材料样 品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。

实施例3：

本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1、2均基本相同， 其不同之处在于：取双酚A型环氧树脂57份，笼型八氨基苯基POSS 1份， 置于250ml三口瓶中搅拌0.5h，加入甲基六氢苯酐33份，继续搅拌0.5h， 得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后 按120℃/2h，150℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合材 料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。

实施例4：

本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-3之一均基本相 同，其不同之处在于：取酚醛型环氧树脂62份，笼型八氨基苯基POSS 2份， 置于250ml三口瓶中搅拌0.5h，加入甲基六氢苯酐36份，继续搅拌0.5h， 得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后 按120℃/2h，160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合 材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。

实施例5：

本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-4之一均基本相 同，其不同之处在于：取酚醛型环氧树脂60份，笼型八氨基苯基POSS 4份， 置于250ml三口瓶中搅拌0.5h，加入甲基六氢苯酐35份，继续搅拌0.5h， 得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱泡，然后 按120℃/2h，160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模，制得复合 材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。

实施例6：

本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-5之一均基本相 同，其不同之处在于：所含组份及其重量份如下：环氧树脂50份，固化剂 50份，功能化POSS 0.1份。其中，所述环氧树脂为双酚F型环氧树脂。所 述固化剂是胺类固化剂。所述功能化POSS为笼形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。 将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为2h；将固化剂加入到 步骤2)中获得均匀混合物，共混时间为2h；将步混合物加入预热好并涂有 脱模剂的磨具中，70℃真空脱泡，然后按110℃/2h，140℃/6h程序升温固化， 最后冷却至室温脱模，制得PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。

实施例7：

本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-6之一均基本相 同，其不同之处在于：所含组份及其重量份如下：环氧树脂80份，固化剂 20份，功能化POSS 10份。其中，所述环氧树脂为双酚S型环氧树脂。所述 固化剂是酸酐类固化剂。所述功能化POSS为笼形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。 将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为3h；将固化剂加入到 步骤2)中获得均匀混合物，共混时间为5h；将步混合物加入预热好并涂有 脱模剂的磨具中，70℃真空脱泡，然后按130℃/2h，160℃/6h程序升温固化， 最后冷却至室温脱模，制得PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。

实施例8：

本实施例提供的复合材料及制备方法与前述的实施例1-7之一均基本相 同，其不同之处在于：所含组份及其重量份如下：环氧树脂70份，固化剂 30份，功能化POSS 5份。其中，所述环氧树脂为双酚S型环氧树脂。所述 固化剂是酸酐类固化剂。所述功能化POSS为笼形八氨基苯基聚倍半硅氧烷。 将环氧树脂和功能化POSS搅拌混合均匀，搅拌时间为2h；将固化剂加入到 步骤2)中获得均匀混合物，共混时间为3h；将步混合物加入预热好并涂有 脱模剂的磨具中，80℃真空脱泡，然后按120℃/2h，150℃/6h程序升温固化， 最后冷却至室温脱模，制得PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料。

对比常规实施例1：

取双酚A型环氧树脂63份，甲基六氢苯酐37份，置于250ml三口瓶中 搅拌0.5h，得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空 脱泡，然后按120℃/2h，150℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模， 制得复合材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。

对比常规实施例2：

取酚醛型环氧树脂63份，甲基六氢苯酐37份，置于250ml三口瓶中搅 拌0.5h，得到均匀混合物。将混合物加入涂有脱模剂的模具中，80℃真空脱 泡，然后按120℃/2h，160℃/6h程序升温固化，最后冷却至室温脱模， 制得复合材料样品。做力学性能，介电性能，导热性能测试。

实施例2-5的环氧树脂复合材料性能：

对比可得：本发明提供的PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料， 配方独特，综合性能优异，其固化物的玻璃化温度提高5-60℃，耐热性得 到了显著改善；复合材料的弯曲强度、冲击强度、介电性能，导热性能相比 纯环氧树脂也有很大提高。本发明复合材料体系固化后具有较高的玻璃转化 温度，低吸水率、较低的介电常数和介质损耗、低热膨胀系数，高的热可靠 性、高的导热率和机械性能，并具有良好的加工性能。

本发明提供的制备方法，步骤紧凑、容易控制、产品质量稳定，生产效 率高，易产业化。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似的 步骤、组分，而得到的其他PCB用高耐热POSS基环氧树脂纳米复合材料及 其制备方法，均在本发明的保护范围之内。