一种低介电聚酰亚胺纤维及其制备方法

文档序号:9301014阅读:454来源:国知局
一种低介电聚酰亚胺纤维及其制备方法
【技术领域】:
[0001] 本发明属于功能性有机纤维技术领域,具体涉及一种低介电聚酰亚胺纤维及其制 备方法。
【背景技术】:
[0002] 聚酰亚胺纤维由于分子主链含有刚性的酰亚胺环,从而具有高强高模、耐高低温、 耐化学腐蚀、耐辐射和优异的介电性能。作为一种高性能功能性纤维,聚酰亚胺纤维具有广 阔的应用前景,目前主要应用在航空航天、军事工业、海洋开发和消防、微电子、高温介质等 领域。特别是在电子工业领域,聚酰亚胺材料可用作大规模集成电路中的绝缘介电层或集 成电路的屏蔽保护层。为了减小信号传输延迟,降低线路损耗以及不同信号之间的干扰,需 要采用更低介电常数的材料来降低电容效应或传导耦合,因此制备具有更低介电常数的聚 酰亚胺材料成为了研究的重点方向之一。
[0003] 为了降低聚酰亚胺材料的介电常数,可采用具有较高自由体积的二酐二胺单体, 或者将F原子引入到分子主链中。但目前为止,针对聚酰亚胺薄膜介电性能的研究较多,而 关于降低聚酰亚胺纤维介电常数的技术还鲜见提及。鉴于聚酰亚胺纤维在众多领域的重要 应用,为了有效降低聚酰亚胺纤维的介电常数,可向分子主链中引入F原子。但由于F原子 的加入降低了分子链的堆积密度和相互作用力,从而会牺牲纤维固有的的力学和热学性能 等,本专利在纤维制备过程中通过调节热亚胺化温度和牵伸比等工艺条件,使分子链排布 更加规整有序,从而可获得同时具有较高机械性能和低介电常数的聚酰亚胺纤维。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的在于制备了一种低介电聚酰亚胺纤维,其特征在于所述的聚酰亚胺 纤维的介电常数范围为2. 55-3. 3。
[0005] 本发明还提供了所述低介电聚酰亚胺纤维的制备方法,其特征在于,包括以下步 骤:
[0006] A :将六氟二酐(6FDA)和其他二酐、二胺,按二酐与二胺总摩尔比1 : 1-1 : 1.05 进行配比。
[0007] B :在N2保护下将二胺加入计量溶剂中溶解,然后分批加入二酐,使溶液的固含量 为5_20wt%,充分反应后得到聚酰胺酸纺丝溶液。
[0008] C :将聚酰胺酸纺丝溶液按照湿法或干湿法纺丝工艺进行纺丝,所得聚酰胺酸初生 纤维经过热亚胺化和牵伸工艺得到具有低介电性能的聚酰亚胺纤维。
[0009] 步骤A中所采用的其他二酐为3, 3',4,4' -联苯四甲酸二酐(BPDA),均苯四甲酸 二酐(PMDA),3, 3',4,4' -联苯醚二酐(ODPA)以及 3, 3',4,4' -二苯甲酮四酸二酐(BTDA) 中的至少一种。
[0010] 步骤A中所采用的其他二胺为对苯二胺(p-PDA),4,4' -二氨基二苯醚(ODA), 2_ (4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑(BIA)中的至少一种。
[0011] 步骤B中所采用的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、 二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
[0012] 步骤C中所述的纺丝工艺采用的凝固浴为水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮、甲苯、N, N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮 (NMP)中的一种或几种的混合溶液。
[0013] 步骤C中所采用的热亚胺化工艺为梯度升温的热亚胺化工艺,温度范围为 280-500。。。
[0014] 步骤C中所采用的牵伸工艺的牵伸倍数在2倍以上。
[0015] 与现有的技术相比较,本发明具有以下创新性及优良效果:
[0016] 1、本发明制备得到的聚酰亚胺纤维中,由于六氟二酐共聚单元的加入,有效地降 低分子链堆积密度和分子间相互作用力,从而得到了介电常数小于3. 0的低介电聚酰亚胺 纤维。
[0017] 2、本发明提供的方法可以通过改变共聚体系组成、固含量、凝固浴、热亚胺化温度 和牵伸比等手段来实现聚酰亚胺纤维的介电常数可调。
[0018] 3、本发明采用两步法工艺制备聚酰亚胺纤维,合成方法相对简单,原料来源广泛, 有利于实现工业化生产。
【附图说明】:
[0019] 图1 :本发明实施例1中PI纤维的介电常数与频率的关系图;
[0020] 图2 :本发明实施例1中PI纤维的介电损耗值与频率的关系图。
【具体实施方式】:
[0021] 以下实施例所用的采用的单体结构式如下:
[0022] 六氟二酐(6FDA)
[0023]
O
[0024] 3, 3',4,4' -联苯四甲酸二酐(BPDA)
[0025]
[0026] 均苯四甲酸二酉?〈kmlwv
[0027]
[0038] 实施例1
[0039] 聚酰胺酸溶液的合成:按6FDA : p-PDA = I : 1的摩尔配比,将二胺p-PDA置于 入三口瓶中,加入计量的溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),在氮气的条件下进行搅拌使其充 分溶解,然后将6FDA分批加入并进行搅拌,使溶液的固含量为10%。在氮气保护的条件下 搅拌3h,得到具有一定粘度的聚酰胺酸纺丝液,其特性粘度为I. 97dL/g。
[0040] 聚酰胺酸纤维的制备:将聚酰胺酸溶液过滤消泡,采用湿法纺丝工艺进行纺丝。
[0041] 聚酰亚胺纤维的制备:将聚酰胺酸纤维依次通过280°C,350°C和400°C的热炉进 行热亚胺化,并对其施加2. 5倍牵伸。
[0042] 所得纤维的拉伸强度为0. 55GPa,初始模量为20. 2GPa,且在IOOHz的频率下其介 电常数为2. 55,并随着频率的变化保持在较低水平。
[0043] 实施例2
[0044] 聚酰胺酸溶液的合成:按BPDA : 6FDA : p-PDA = 7 : 3 : 10的摩尔配比,将二 胺P-PDA置于入三口瓶中,加入计量的溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF),在氮气的条件下进 行搅拌使其充分溶解,然后将BPDA和6FDA混合后分批加入并进行搅拌,使溶液的固含量为 15%。在氮气保护的条件下搅拌3h,得到具有一定粘度的聚酰胺酸纺丝液,其特性粘度为 2.38dL/g〇
[0045] 聚酰胺酸纤维的制备:将聚酰胺酸溶液过滤消泡,采用湿法纺丝工艺进行纺丝。
[0046] 聚酰亚胺纤维的制备:将聚酰胺酸纤维依次通过280°C,350°C和450°C的热炉进 行热亚胺化,并对其施加3倍牵伸。
[0047] 所得纤维的拉伸强度为I. 24GPa,初始模量为33. 6GPa,且在IOOHz的频率下其介 电常数为3. 12,并随着频率的变化保持在较低水平。
[0048] 实施例3
[0049] 聚酰胺酸溶液的合成:按BPDA : 6FDA : p-PDA = 9 : I : 10的摩尔配比,将二 胺P-POA置于入三口瓶中,加入计量的溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP),在氮气的条件下进行 搅拌使其充分溶解,然后将BPDA和6FDA混合后分批加入并进行搅拌,使溶液的固含量为 10%。在氮气保护的条件下搅拌4h,得到具有一定粘度的聚酰胺酸纺丝液,其特性粘度为 2. 53dL/g〇
[0050] 聚酰胺酸纤维的制备:将聚酰胺酸溶液过滤消泡,采用湿法纺丝工艺进行纺丝。
[0051] 聚酰亚胺纤维的制备:将聚酰胺酸纤维依次通过280°C,350°C和420°C的热炉进 行热亚胺化,并对其施加4. 0倍牵伸。
[0052] 所得纤维的拉伸强度为I. 53GPa,初始模量为64. 3GPa,且在IOO
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