CN112441775A - 一种包含聚四氟乙烯树脂的原料及混合工艺 - Google Patents

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武聪
张立欣
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刘正
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Abstract

本发明涉及一种包含聚四氟乙烯树脂的原料及混合工艺，由以下质量百分比的原料组成：无机填料：40‑75wt%；玻璃纤维：1‑5wt%；聚四氟乙烯乳液：22‑58wt%；硅烷偶联剂：0.5‑1.5wt%；表面活性剂：0.1‑0.4wt%；絮凝剂：0.02‑0.08wt%。本发明制备的微波复合介质基板具有极高的介电常数均匀性，原料组份偏差小于0.4%。本发明原料混合工艺方法便捷，使复合原料与水分离，显著提高生产效率，单次原料混合量可达100kg以上，易于工业生产。

Description

一种包含聚四氟乙烯树脂的原料及混合工艺
技术领域
本发明涉及一种复合原料混合技术领域，特别涉及一种包含聚四氟乙烯树脂的原料及混合工艺，复合原料具有高组分均匀性，可用于高频覆铜板制造等领域。
背景技术
5G技术及电子军事领域要求电子材料介质均匀，介电常数稳定。以聚四氟乙烯树脂为基体的微波复合介质基板性能优越，尤其在超高频段（＞30GHz）电性能明显优于其他材料。聚四氟乙烯树脂基板中通常加入无机填料粉末和玻璃纤维，调节基板的介电常数、线性热膨胀系数等性能。由于聚四氟乙烯与加入的无机填料粉末等原料的介电常数差异大，要使混合后的复合原料具有极高的均匀性，才能保证微波复合介质基板具有稳定的介电常数。现有包含聚四氟乙烯树脂的复合原料混合工艺,如中国专利CN201910316897.1中描述的V型混料器等干法混合手段，混合均匀性差，混合过程中易造成聚四氟乙烯树脂取向，影响材料的性能；现有的湿法混合手段，如中国专利CN201711456721.3中描述的球磨法，效率低下，无法大规模生产。
本方法描述的混合技术方法简便，可大规模制备包含聚四氟乙烯树脂的复合原料，复合原料均匀性极高，可用于高频覆铜板等领域的工业生产。
发明内容
鉴于现有技术的状况及存在的不足，本发明提供了一种包含聚四氟乙烯树脂的原料及混合工艺，混合后的复合原料具有极高的均匀性，可用于微波复合介质基板制造等领域。
本发明采用的技术方案是：一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，由以下质量百分比的原料组成：
无机填料： 40-75wt%；玻璃纤维：1-5wt%；聚四氟乙烯乳液： 22-58wt%；
硅烷偶联剂：0.5-1.5wt%；表面活性剂：0.1-0.4wt%；絮凝剂：0.02-0.08wt%。
一种包含聚四氟乙烯树脂的原料混合工艺，步骤如下：
①将玻璃纤维进行短切处理，处理后的玻璃纤维长度在6-200μm；
②在水中加入硅烷偶联剂和表面活性剂，水的pH值≤4.6，水的质量为硅烷偶联剂加表面活性剂质量和的900倍；
③在②的水中加入无机填料粉末，开启搅拌，转速100-150r/min；
④将①处理的玻璃纤维加入③中，并加入聚四氟乙烯乳液，调整转速至160-220r/min；⑤在复合浆料中加入絮凝助剂，并不断搅拌，搅拌转速50-300r/min，此过程保持2-12min，直至原料在水中完全絮凝，复合原料与水完全分离，形成的絮凝颗粒直径≥6mm；
⑥将絮凝后的原料转移至过滤装置内，滤掉多余的水；
⑦将复合原料转移至烘箱中，70-180℃烘干，去除水分和絮凝剂，得到复合原料。
优选的，所述无机填料选自氧化铝粉末、氮化铝粉末、二氧化硅粉末、二氧化钛粉末、钛酸锶粉末、氮化硼粉末、硫酸钙粉末的一种或几种。
优选的，所述玻璃纤维选自E-CR玻璃纤维、E玻璃纤维中的一种或几种。
优选的，所述聚四氟乙烯乳液的固含量选自21-61wt%，聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯的平均粒径选自0.25-0.35μm,聚四氟乙烯的平均粒径选自0.25-0.35μm，聚四氟乙烯乳液的动力粘度选自4-10mPa·s，聚四氟乙烯乳液的表面活性剂含量选自1-10wt%。
优选的，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-（2-氨基乙基氨基）丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
优选的，所述表面活性剂选自聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、壬基酚聚氧乙烯醚、N-月桂酰肌氨酸钠中的一种或几种。
优选的，所述絮凝剂选自：碳酸铵、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、碳酸氢铵、硫酸铝、聚合氯化铝中的一种或几种。
本发明产生的有益效果是：现有包含聚四氟乙烯树脂的复合原料混合工艺，复合原料的组分均匀性差，单次混合量低，制备出的微波复合介质基板24点相对介电常数极差在0.04-0.08，难以满足微波复合介质基板的需求。本发明制备的微波复合介质基板具有极高的介电常数均匀性，原料组份偏差小于0.4%。使用该原料混合工艺制备的覆铜板介电常数覆盖2.45-3.05，457×609mm基板内24点相对介电常数极差值小于0.04，基板X/Y/Z三轴热膨胀系数小于12/12/24ppm/℃,吸水率小于0.05%，相对介电常数温度系数在-10ppm/℃至10 ppm/℃之间，具有极稳定的介电性能。
本发明原料混合工艺方法便捷，使复合原料与水分离，显著提高生产效率，单次原料混合量可达100kg以上，易于工业生产。
具体实施方式
实施例1；
一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，由以下质量百分比的原料组成：
1wt%玻璃纤维、63wt%二氧化硅粉末、35wt%聚四氟乙烯乳液、0.7wt%苯胺基甲基三甲氧基硅烷、0.24wt%聚乙二醇三甲基壬基醚、0.06wt%碳酸铵。
制备步骤：①对玻璃纤维进行处理，处理后的玻璃纤维平均长度在15-30μm；②将聚乙二醇三甲基壬基醚和苯胺基甲基三甲氧基硅烷，用pH=4的水溶解，混合1h；③加入二氧化硅粉末，开启搅拌，转速120r/min，混合0.5h以上；④将①处理的玻璃纤维加入③配好的浆液混合，加入固含量为35%的聚四氟乙烯乳液，转速180r/min，混合0.5h；⑤加入碳酸铵固体，180r/min混合10min；⑥将絮凝后的原料转移至过滤装置内，滤掉多余的水；
Figure DEST_PATH_IMAGE002
将将复合原料转移至烘箱中，150℃/10h烘干，去除水分和絮凝剂，得到复合原料。
经检测，使用该原料混合工艺所制备的微波复合介质基板相对介电常数为2.98，457×609mm基板内24点相对介电常数极差值小于0.03，介质损耗因子为1.2×10-3，吸水率为0.02%，相对介电常数温度系数为6 ppm/℃，X/Y/Z三轴热膨胀系数为12/11/23 ppm/℃，具有极高的均匀性。
实施例2；
一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，由以下质量百分比的原料组成：
5wt% E玻璃纤维、40.4wt%二氧化硅粉末、54wt%聚四氟乙烯乳液、0.4wt%3-氨丙基三乙氧基硅烷、0.17wt%聚乙二醇三甲基壬基醚、0.03wt%碳酸铵。
制备步骤：①对玻璃纤维进行处理，处理后的玻璃纤维长度在6-15μm；②将聚乙二醇三甲基壬基醚和3-氨丙基三乙氧基硅烷用pH=4.3的水溶解，混合45min；③加入二氧化硅粉末，开启搅拌，转速110r/min，混合0.5h以上；④将①处理的玻璃纤维加入③配好的浆液混合，加入固含量为32%的聚四氟乙烯乳液，转速160r/min；混合0.5h；⑤加入碳酸铵固体，160r/min混合10min；⑥将絮凝后的原料转移至过滤装置内，滤掉多余的水；
Figure 428280DEST_PATH_IMAGE002
将将复合原料转移至烘箱中，120℃/15h烘干，去除水分和絮凝剂，得到复合原料。
经检测，使用该原料混合工艺所制备的微波复合介质基板相对介电常数为2.55，457×609mm基板内24点相对介电常数极差值小于0.02，介质损耗因子为0.8×10-4，吸水率为0.01%，相对介电常数温度系数为5ppm/℃，X/Y/Z三轴热膨胀系数为12/12/24 ppm/℃，具有极高的均匀性。

Claims (8)

1.一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：
无机填料： 40-75wt%；
玻璃纤维：1-5wt%；
聚四氟乙烯乳液： 22-58wt%；
硅烷偶联剂：0.5-1.5wt%；
表面活性剂：0.1-0.4wt%；
絮凝剂：0.02-0.08wt%。
2.根据权利要求1所述的一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，其特征在于：
所述无机填料选自氧化铝粉末、氮化铝粉末、二氧化硅粉末、二氧化钛粉末、钛酸锶粉末、氮化硼粉末、硫酸钙粉末的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，其特征在于：
所述玻璃纤维选自E-CR玻璃纤维、E玻璃纤维中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，其特征在于：
所述聚四氟乙烯乳液的固含量选自21-61wt%，聚四氟乙烯乳液中的聚四氟乙烯的平均粒径选自0.25-0.35μm，聚四氟乙烯乳液的动力粘度选自4-10mPa·s，聚四氟乙烯乳液的表面活性剂含量选自1-10wt%。
5.根据权利要求1所述的一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，其特征在于：
所述硅烷偶联剂选自乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-（2-氨基乙基氨基）丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-Y-氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，其特征在于：
所述表面活性剂选自聚乙二醇辛基苯基醚、聚乙二醇三甲基壬基醚、壬基酚聚氧乙烯醚、N-月桂酰肌氨酸钠中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种包含聚四氟乙烯树脂的原料，其特征在于：
所述絮凝剂选自：碳酸铵、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺、碳酸氢铵、硫酸铝、聚合氯化铝中的一种或几种。
8.一种采用权利要求1的包含聚四氟乙烯树脂的原料混合工艺，其特征在于：步骤如下：
①将玻璃纤维进行短切处理，处理后的玻璃纤维长度在6-200μm；
②在水中加入硅烷偶联剂和表面活性剂，水的pH值≤4.6，水的质量为硅烷偶联剂加表面活性剂质量和的900倍；
③在②的水中加入无机填料粉末，开启搅拌，转速100-150r/min；
④将①处理的玻璃纤维加入③中，并加入聚四氟乙烯乳液，调整转速至160-220r/min；
⑤在复合浆料中加入絮凝助剂，并不断搅拌，搅拌转速50-300r/min，此过程保持2-12min，直至原料在水中完全絮凝，复合原料与水完全分离，形成的絮凝颗粒直径≥6mm；
⑥将絮凝后的原料转移至过滤装置内，滤掉多余的水；
⑦将复合原料转移至烘箱中，70-180℃烘干，去除水分和絮凝剂，得到复合原料。
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