[发明专利]一种特种纤维增强聚丙烯材料

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种纤维增强聚丙烯材料和制备方法及其应用。

背景技术

随着超大规模集成电路的发展，互连RC延迟越来越严重，严重制约了高速运行的性能，传统绝缘层二氧化硅由于厚度的不断缩小使得自身电容增大，降低电路的可靠性，为了解决这个问题，微电子工业将应用低介电常数、高耐电击穿的材料代替传统的二氧化硅绝缘材料。聚丙烯的介电常数常温下为2.25～2.50(106Hz下测试)，且成本低，但具有刚性低、耐热性差的问题，因此多用玻纤对其进行增强的改性，来提高材料的机械强度以及耐热性能，但玻纤增强聚丙烯的伸长率大幅度降低，不易制备厚度小的膜，且玻纤增强后的材料介电常数也随着增加到3.5～40，电击穿性能下降，同时不适合于吹膜成型，难以应用在军工、通讯电子等特殊领域。

发明内容

为了克服现有玻纤增强聚丙烯材料存在的问题，本发明的目的之一是提供一种具有低介电常数、高耐电击穿、相对较高断裂伸长率的特种纤维增强聚丙烯材料，专用于军工、通讯电子等特殊领域的特殊部件。

本发明的另一个目的是提供一种特种纤维增强聚丙烯材料的制备方法。

本发明还一个目的是提供一种使用该聚丙烯材料制备特种PP膜产品和方法。

本发明的技术方案如下：

一种特种纤维增强聚丙烯材料，由以下组分按重量份制备而成：

聚丙烯 50～90份；

特种纤维 10～50份；

相容剂 1.0～2.0份；

偶联剂 0.3～0.5份；

抗氧剂 0.5～1.0份；

掺杂二氧化硅 0.5～0.8份；

纳米蒙脱土 0.5～3.0份；

所述的特种纤维为聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮 (PEKK)中的一种或多种，与玻纤相比，它们具有更低介电常数；掺杂二氧化硅为掺碳二氧化硅、掺氟二氧化硅中的一种或两种与掺硼二氧化硅的组合物，掺杂二氧化硅加入对降低介电常数具有协同作用；所述纳米蒙脱土能提高材料电击穿性能。

所述的一种特种纤维增强聚丙烯材料，还包括一种微发泡聚合物，该微发泡聚合物为一种核壳结构，外壳为热塑性丙烯酸树脂类聚合物，内核为烷烃类气体组成的球状塑料颗粒，含量为0.5～2.0份，对降低介电常数具有协同作用。

所述的特种纤维单丝直径0.1～1.0mm，优选单丝直径0.5～0.8mm，太细的单丝直径不利于提高材料的拉伸强度、弯曲强度。

所述的掺杂二氧化硅优选为掺氟二氧化硅和掺硼二氧化硅的组合物，两者组合物最优的混合比为2∶1。

所述的聚丙烯在230℃/2.16Kg下熔指为10～100g/10min的高结晶均聚聚丙烯或嵌段共聚聚丙烯中的至少一种，其中嵌段共聚聚丙烯的共聚单体为乙烯，乙烯基含量为5～8mol％；高结晶均聚聚丙烯的结晶度不低于80％、等规度不小于95％。

所述的相容剂为马来酸酐聚丙烯的共聚物，其中马来酸酐的含量 10～60％，与普通马来酸酐接枝聚丙烯相比，更易于改善纤维和PP树脂的相容性。

所述的抗氧剂为1.3.5-三(3，5-二叔丁基，4-羟基苄基)均三嗪(3114)、4.4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)(300)、硫代二丙酸二(十八)酯(DSTP)和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯 (168)按照质量比1∶1∶2∶1进行复配使用，为PP提供加工的热氧稳定性。

所述的偶联剂为硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的一种，优选硅烷偶联剂，有利于进一步改善纤维和聚丙烯之间的相容性。

所述的纳米蒙脱土粉体尺寸不超过300纳米。纳米蒙脱土的加入可以改善材料的耐电击穿性能。

本发明的另一个发明目的是提供上述增强聚丙烯材料制备方法，步骤如下：

(1)按配比，将聚丙烯、相容剂、偶联剂、抗氧剂、掺杂二氧化硅、微发泡聚合物依次加入到高混机中，混合3-5分钟，获得粒粉混合物；

(2)采用同向平行双螺杆挤出机设备，双螺杆挤出机的长径比44∶ 1～60∶1，优选48∶1～52∶1，双螺杆挤出机沿挤出方向第7节机筒设置侧向强制喂料，第6节和第7节之间设置厚度3mm的石棉或者聚四氟乙烯隔热垫片，沿挤出方向的第1～第6节机筒位置的螺杆组合采取下述a 组合、b组合、c组合三种组合中的一种：