高介电常数且低介电损耗的聚芳醚酮复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及聚芳醚酮加工，具体涉及高介电常数且低介电损耗的聚芳醚酮复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚醚醚酮（peek）作为高性能特种工程塑料，因其卓越的耐高温性、耐化学腐蚀性、优异的机械强度及尺寸稳定性，被视为高端电子封装与电路基板的潜在基体材料。理想的基板材料不仅需要极低的介电损耗以确保信号在传输过程中的完整性、降低延迟与发热，同时需要具备适宜的介电常数，以满足电子元器件小型化、集成化的需求。

2、peek的本征介电常数通常仅为3.2左右，介电损耗因子约为0.004，难以满足高集成度器件对高介电常数的需求。现有技术中，为了提升聚合物的介电常数，通常采用掺杂高介电陶瓷填料或导电填料的方法。然而，高介电陶瓷填料与peek基体之间界面相容性较差。这是由于peek分子链呈刚性且化学惰性强，与无机填料难以形成牢固的界面结合，导致界面处极易产生空隙和缺陷。在高频电场作用下，这些界面缺陷会引发介电损耗急剧上升，甚至超过纯树脂基体。另外若采用导电填料构建渗流网络以提高介电常数，当填料含量接近渗流阈值时，复合材料会因形成导电通路而导致介电损耗明显增加，甚至丧失其绝缘性，无法满足封装材料的基本电气安全要求。此外，高填充量还会显著增加熔体粘度，破坏peek原本优异的熔融加工性能，导致制品脆性增加、机械性能劣化。

3、因此如何在保持peek优异的机械性能、热稳定性及良好加工流动性的前提下，同步实现介电常数的大幅提升与介电损耗的有效抑制，是本发明需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供高介电常数且低介电损耗的聚芳醚酮复合材料及其制备方法和应用。本发明复合材料在保证材料具有较好力学性能的前提下，实现在高频下的介电常数可达5以上、介电损耗不超过0.005。

2、为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、本发明第一方面提供高介电常数且低介电损耗的聚芳醚酮复合材料，包括如下100%质量百分数物料：聚醚砜基混合母粒20%-40%、氟树脂8%-15%、余量为聚芳醚酮；

4、其中所述聚醚砜基混合母粒包括如下100%质量百分数物料：钙钛矿结构化合物@二氧化硅核壳结构填料40%-80%、一维无机填料15%-50%、氨基硅烷偶联剂1%-3%、余量为聚醚砜。以高介电钙钛矿结构化合物为核实现介电常数提升，以绝缘sio2为壳抑制损耗。

5、优选的，高介电常数且低介电损耗的聚芳醚酮复合材料，包括如下100%质量百分数物料：聚醚砜基混合母粒20%-30%、氟树脂10%、余量为聚芳醚酮；

6、其中所述聚醚砜基混合母粒包括如下100%质量百分数物料：钙钛矿结构化合物@二氧化硅核壳结构填料45%-55%、一维无机填料35%-45%、氨基硅烷偶联剂1%-3%、余量为聚醚砜。

7、进一步的，所述钙钛矿结构化合物@二氧化硅核壳结构填料的获得方法是：将钙钛矿结构化合物分散在无水乙醇中，调节体系为碱性，持续搅拌下滴加硅源，滴加完毕后在30-60℃下3-8h，反应结束后经固液分离、洗涤、干燥获得钙钛矿结构化合物@二氧化硅核壳结构填料。干燥后无需煅烧，所形成的壳层为无定型二氧化硅，具有较好的绝缘性，同时保留表面羟基，有利于后续硅烷偶联剂的表面改性，以提高与基体的界面结合性能。

8、再进一步的，所述钙钛矿结构化合物选自钛酸锶、钛酸钡、钛酸锶钡中的一种，所述钙钛矿结构化合物的平均粒径200-300nm；所述硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯中的一种；

9、所述钙钛矿结构化合物、所述硅源的质量比为1:0.05-0.3；所述钙钛矿结构化合物在所述无水乙醇中的质量百分数为4wt%-10wt%；采用0.1-5mol/l的氨水调节体系ph=9-10。

10、进一步的，所述一维无机填料为晶须与纤维的组合，所述纤维选自石英纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维中的一种或多种短切纤维，所述晶须选自碳化硅晶须、钛酸钾晶须中的一种或多种；所述纤维的直径为5-15μm、长径比10-20；所述晶须的直径0.5-2μm、长径比10-30；纤维长度、晶须长度和纳米核壳结构填料粒径在尺寸上形成多尺度级配。

11、所述氨基硅烷偶联剂选自n-(2-氨乙基)-3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、双(甲基二乙氧基硅基丙基)胺、n-(3-三乙氧基硅基丙基)-4-羟基丁酰胺中的一种或多种。

12、进一步的，所述聚醚砜在400℃、2.16kg负荷下的熔融指数至少为10g/10min；

13、所述聚芳醚酮选自聚醚醚酮（peek）、聚醚酮（pek）、聚醚酮酮（pekk）、聚醚醚酮酮（peekk）和聚醚酮醚酮酮（pekekk）中的一种或多种，所述聚芳醚酮在400℃、2.16kg负荷下的熔融指数为5-30g/10min。

14、进一步的，所述氟树脂选自四氟乙烯- 六氟丙烯共聚物（fep）、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物（pfa）、乙烯-四氟乙烯交替共聚物（etfe）、乙烯-三氟氯乙烯交替共聚物（ectfe）中的一种或多种。这些氟树脂相较于ptfe可熔融挤出注塑加工，加工性能较好，且介电损耗极低。

15、进一步的，复合材料至少同时满足如下条件：10ghz下介电常数≥5.0、介电损耗≤0.005、拉伸强度≥85mpa。

16、本发明第二方面提供上述高介电常数且低介电损耗的聚芳醚酮复合材料的制备方法，包括如下步骤：

17、s1、按配比称取物料，将钙钛矿结构化合物@二氧化硅核壳结构填料、一维无机填料混合后，喷雾加入氨基硅烷偶联剂，在80-100℃下混合均匀，得到改性复合填料；

18、s2、将改性复合填料与聚醚砜混合均匀后进行熔融共混挤出、造粒，得到聚醚砜基混合母粒；

19、s3、将所述聚醚砜基混合母粒、氟树脂以及聚芳醚酮混合均匀后进行熔融共混挤出、造粒，得到高介电常数且低介电损耗的聚芳醚酮复合材料。

20、进一步的，s1中在80-100℃下混合15-30min，混合时的转速800-2000rpm；

21、s2中的熔融共混挤出的各段参数如下：一区340-350℃、二区350-360℃、三区360-370℃、四区370-380℃、机头360-370℃，螺杆转速150-250rpm；

22、s3中熔融共混挤出的挤出机参数为：双螺杆挤出，一区350-360℃、二区360-370℃、三区370-380℃、四区375-385℃、机头365-375℃，螺杆转速为150-300rpm。

23、本发明第三方面提供上述高介电常数且低介电损耗的聚芳醚酮复合材料在电子器件上的应用。

24、有益技术效果：

25、本发明通过构建钙钛矿结构化合物@二氧化硅核壳结构纳米填料，以高介电钙钛矿相为核实现介电常数的大幅提升，以绝缘sio2壳层有效阻隔界面极化与电荷迁移，显著抑制介电损耗；同时引入一维晶须与纤维无机填料，其与纳米核壳填料在尺寸上形成多尺度级配，协同构建增强网络并进一步抑制界面极化效应，从而在提升介电性能的同时保障力学强度；

26、采用聚醚砜对复合填料制得混合母粒，显著改善刚性聚芳醚酮基体与无机填料间的界面相容性，减少界面缺陷；复配低介电损耗氟树脂，利用其极低介电损耗特性进一步调控整体复合材料的介电性能；

27、本发明复合材料在10ghz高频下介电常数在5以上、介电损耗不超过0.005，且拉伸强度至少85mpa，实现了介电性能与力学性能的同步优化，适用于高性能电子封装与电路基板材料。