[发明专利]一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料、制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种具有双峰泡孔结构的低介电PEN泡沫材料及其制备方法，本发明以纳米SiO₂作为异相成核剂，通过间歇式超临界流体发泡方式利用PEN本体均相成核和纳米SiO₂粒子异相成核共同作用，获得了具有双峰泡孔结构的PEN泡沫材料。大泡孔可以使材料实现有效的降重，极大的降低材料介电常数，小泡孔可以有效的钝化材料受力断裂过程中的裂纹扩散，吸收更多的能量，从而提供较好的力学性能。同时，本发明对特种工程塑料泡沫材料的发展也具有指导性的意义，在电子材料领域的用途进一步扩展。

技术领域

本发明涉及特种工程塑料技术领域，尤其涉及一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料及其制备方法。

背景技术

低介电材料在电子领域有着广泛的应用，这类材料的研究同高分子材料密切相关。材料内部引入泡孔是降低其介电常数的有效方式，但泡孔尺寸太大容易造成材料强度不够，泡孔尺寸太小、泡孔密度太低又不足以达到低介电的要求。相比之下，具有双峰泡孔结构的聚合物微发泡材料因大泡孔可以使材料实现有效的降重，极大的降低材料介电常数，小泡孔可以提供较好的物理性能而引起了广泛的关注。

在热塑性泡沫材料领域，大部分研究及工业化产品都聚焦于通用塑料，如：聚丙烯、聚苯乙烯以及聚氨酯等，很少有关于特种工程塑料泡沫的报道以及产品。这主要是由于特种工程塑料虽然性能优异，但附加值往往较高，限制了该类材料的市场规模。然而，在某些复杂环境或极端条件下(例如：军工领域，航空航天领域)，通用塑料的性能难以满足较高的使用需求，因此，研发基于特种工程塑料的高性能泡沫材料的意义重大。聚芳醚腈(PEN)是一类大分子主链含柔性芳醚键、侧链带极性腈基的新型特种工程塑料，既具有高强度、高模量、耐高温特种工程塑料特征，又具有良好的电气绝缘性、自阻燃性、高介电特性、可功能化加工改性特征，在作为高性能结构件或功能材料等方面有着巨大的应用前景，也是武器装备实现轻量化的一类理想材料。但是特种工程塑料往往具有较高的加工温度(＞300℃)，而现有高温化学发泡剂的分解温度只有200℃左右，因此，这也一定程度上也限制了特种工程塑料泡沫的发展。超临界流体发泡技术的出现，为特种工程塑料泡沫的研发提供了解决方案，基于该项技术可以通过连续挤出发泡、釜压发泡、注塑发泡等多种方式对将热塑性聚合物泡沫化，是获得优质泡沫材料的理想手段之一。

发明内容

针对现有技术所存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种简易的具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料制备方法，并提供一种具有极低的介电常数、较低的表观密度以及优异韧性的同时还保持较高拉伸强度的PEN泡沫材料。

本发明以纳米SiO₂作为异相成核剂，通过间歇式超临界流体发泡方式利用PEN本体均相成核和纳米SiO₂粒子异相成核共同作用获得具有双峰泡孔结构的PEN泡沫材料的方法。该制备方法相比于两步卸压法、双发泡剂法、升温降压法以及两相共混法等现有成熟方法更为简易，而且所得PEN泡沫具有极低的介电常数、较低的表观密度、优异的韧性，同时还保持较高的拉伸强度。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种具有双峰泡孔结构的低介电聚芳醚腈泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

1)待发泡试样制备

以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的纳米SiO₂加入溶剂中并超声分散30min；另以N-甲基吡咯烷酮为溶剂，将一定量的PEN粉末加入溶剂中并在200℃回流搅拌30min使PEN充分溶解；然后将上述两种溶液混合，搅拌并超声30min；之后将溶液倒于洁净的玻璃板表面并流延成膜；并将玻璃板放入烘箱于180℃烘干12h，去除溶剂，待玻璃板自然冷却至室温后浸入水槽，带薄膜自动脱落；将薄膜烘干后，裁剪成尺寸为2.5cm×4cm的长方形薄片试样；

2)超临界流体发泡步骤