高性能聚四氟乙烯覆铜板研究

论文题目: 高性能聚四氟乙烯覆铜板研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 化学工程

作者: 胡福田

导师: 杨卓如

关键词: 聚四氟乙烯,覆铜板,复合材料,空心玻璃微珠,玻璃纤维

文献来源: 华南理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 聚四氟乙烯覆铜板介电常数低、介质损耗因子小,是理想的高频微波介电材料。在高频、高速电子产品中,如移动通讯器材(手机,寻呼机)、卫星广播接受器、中转器、基地天线、及家庭电器连网等,其市场需求迅速增长,高频聚四氟乙烯覆铜板必将会得到广泛的应用。目前聚四氟乙烯覆铜板产品存在的主要问题是:机械性能如弯曲强度、硬度有待提高,热膨胀系数大、铜箔与基体树脂之间的粘接力小,这些缺点限制了产品的应用。国内自主开发的聚四氟乙烯覆铜板产品极少,绝大多数是从国外引进半成品或成品。因此,研究开发新型高性能聚四氟乙烯覆铜板产品有着重要的理论和实际意义。针对聚四氟乙烯与玻璃纤维界面粘接力差的情况,本论文从界面粘接机理、偶联剂的基础性能、树脂特性及工艺条件入手,阐明了偶联剂对复合材料弯曲强度的作用机理。结果表明,通过选择合适的表面处理剂Z6032处理玻璃纤维提高了玻璃纤维与树脂之间的界面结合,复合材料的弯曲强度、耐热性能得到了提高。F8261偶联剂理论上可以提高纤维与聚四氟乙烯树脂的粘接,实际上该偶联剂反而降低了界面接合。聚全氟乙丙烯与聚四氟乙烯分子结构相似,分子量低,熔融温度低,熔融状态下的流动性比聚四氟乙烯好,对金属的粘接力强。采用聚四氟乙烯乳液和聚全氟乙丙烯乳液共混改性的方法,可降低产品成型温度和压力。实验中考察了偶联剂的种类和用量、乳液配比、玻璃布的种类对覆铜板弯曲强度的影响,玻璃布含量对剥离强度的影响,以及树脂含量对电性能的影响。通过正交试验方法,以复合材料的弯曲强度为指标,深入研究了热压成型的工艺技术基础,并对工艺参数进行了优化,制出主要性能优于国外同类产品的实验室样品。同时对基板的介电常数和介质损耗因子的实验结果与理论预测进行了比较。氟树脂中的助剂对最终产品的性能有着重要的影响,利用热分析仪,对助剂热分解过程特性及热分解动力学进行了深入的研究。研究表明,助剂的热分解主要发生在两个区域,得到了两个区域的热分解动力学方程。为研究覆铜板加工成型过程中的烧结和热压提供理论指导。针对聚四氟乙烯热膨胀系数大的情况,利用空心玻璃微珠介电常数小、刚性大、热膨胀系数小等特点,将空心玻璃微珠与聚四氟乙烯湿法凝聚共混,制备高频微波复合介电材料。研究中考察了偶联剂种类和用量对玻璃微珠的分散性、复合材料拉伸强度和吸水率的影响,烧结工艺条件对拉伸强度的影响,玻璃微珠用量和种类对拉伸强度的影响,微珠用量对复合材料吸水率、电性能、热膨胀系数的影响等,结果表明用Z6032和F8261复配偶联剂处理玻璃微珠后,微珠在树脂中分散得比较均匀且拉伸强度佳。并得到了复合材料拉伸强度、热膨胀系数的理论计算关系式:综合空心玻璃微珠与短玻璃纤维各自的特点,提出用空心玻璃微珠和短玻璃纤维与聚四氟乙烯共混改性新思路,制备出短玻璃纤维与空心玻璃微珠填充改性聚四氟乙烯高频复合介电材料。探讨了乳液树脂与改性玻璃纤维、空心玻璃微珠的界面作用机理,发现偶联剂的类型、偶联剂的结构、温度、选用的溶剂、溶液的PH值、溶液浓度和溶液放置时间等是影响改性玻璃纤维表面上胶量的重要影响因素。当F8261硅烷偶联剂溶液浓度为2%左右时,上胶量基本上稳定为1%。经验公式和HalpinTsai模型能较好的预测复合材料的模量。应用Nielsen模型也能进行预测,预测结果基本与HalpinTsai模型相同,弹性模量的理论预测与实验结果基本吻合。而应用体视学强度分析模型进行的拉伸强度理论预测得不到实验证实。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

前言

1.1 覆铜板的发展历程与发展趋势

1.1.1 覆铜板的发展历程

1.1.2 覆铜板的发展趋势

1.2 覆铜板的结构特点及发展

1.2.1 基体树脂

1.2.1.1 环氧树脂

1.2.1.2 聚酰亚胺（PI）

1.2.1.3 双马来酰亚胺

1.2.1.4 氰酸酯（CE）树脂

1.2.1.5 聚苯醚及改性聚苯醚树脂

1.2.1.6 聚四氟乙烯树脂

1.2.2 增强材料

1.2.2.1 开纤加工的玻纤布

1.2.2.2 新型极薄玻璃纤维布

1.2.2.3 低介电常数的玻纤布

1.2.2.4 低热膨胀系数的玻璃纤维布

1.2.2.5 紫外光屏蔽玻璃纤维布

1.2.2.6 高玻璃化温度覆铜板用玻璃纤维布

1.2.3 铜箔

1.2.3.1 低轮廓铜箔

1.2.3.2 极薄铜箔

1.2.3.3 铜箔表面粗化处理

1.3 高频基板的技术性能要求与发展

1.4 聚四氟乙烯与聚四氟乙烯覆铜板

1.4.1 聚四氟乙烯特性

1.4.2 聚四氟乙烯覆铜板的性能及应用

1.4.3 聚四氟乙烯覆铜板的发展趋势

1.5 本论文的研究背景、研究内容和创新性

1.5.1 本论文的研究背景和研究意义

1.5.2 本论文研究的主要内容

1.5.3 本论文的创新与特色

参考文献

第二章聚四氟乙烯覆铜板研究

前言

2.1 偶联剂对界面的作用机理

2.2 复合材料的界面理论

2.3 实验部分

2.3.1 实验原材料及实验设备

2.3.2 玻璃布偶联剂处理

2.3.3 浸胶液的配制

2.3.4 浸胶

2.3.5 热处理

2.3.6 热压工艺

2.3.6.1 温度和时间曲线

2.3.6.2 压力和时间曲线

2.4 覆铜板性能测试及表征

2.5 结果分析与讨论

2.5.1 复合材料热性能研究

2.5.2 偶联剂种类对覆铜板弯曲强度的影响

2.5.3 层压板的特性

2.5.4 聚四氟乙烯层压过程出现的问题及其解决办法

2.6 本章小结

参考文献

第三章共混改性聚四氟乙烯覆铜板研究

前言

3.1 试验部分

3.1.1 试验原材料

3.1.2 试验设备

3.1.3 覆铜板制备

3.1.4 热压工艺的正交实验设计

3.2 性能测试及表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 热压工艺的优化

3.3.2 树脂体系的相容性

3.3.3 树脂热失重分析

3.3.4 偶联剂对覆铜板性能的影响

3.3.4.1 偶联剂种类对覆铜板弯曲强度的影响

3.3.4.2 偶联剂用量对覆铜板弯曲强度的影响

3.3.5 乳液配比对弯曲强度的影响

3.3.6 玻璃布含量对复合材料弯曲强度的影响

3.3.7 玻璃纤维布的类型对复合材料弯曲强度的影响

3.3.8 玻璃纤维布含量对剥离强度的影响

3.3.9 树脂含量对复合材料介电性能的影响

3.3.10 共混改性覆铜板的特性

3.4 本章小结

参考文献

第四章树脂中助剂热分解动力学研究

前言

4.1 热分解理论

4.2 实验部分

4.2.1 实验样品的制备

4.2.2 热失重分析

4.3 结果与分析

4.3.1 热解过程特性分析

4.3.2 热解过程动力学方程参数计算

4.4 本章小结

参考文献

第五章空心玻璃微珠改性聚四氟乙烯复合介电材料的制备及性能研究

前言

5.1 实验部分

5.1.1 原材料

5.1.2 实验所用主要设备

5.1.3 主要分析测试设备

5.1.4 玻璃微珠的活化流程

5.1.5 玻璃微珠的组成

5.1.6 玻璃微珠的表面活化处理

5.1.7 试样的制备流程

5.2 试样性能测试

5.3 实验结果与讨论

5.3.1 偶联剂种类对复合材料拉伸强度的影响

5.3.2 偶联剂用量对复合材料拉伸强度的影响

5.3.3 偶联剂用量对复合材料吸水率的影响

5.3.4 烧结工艺条件对复合材料拉伸强度的影响

5.3.5 玻璃微珠用量对复合材料拉伸强度的影响

5.3.6 复合材料拉伸强度的理论预测

5.3.7 玻璃微珠用量对复合材料吸水率的影响

5.3.8 玻璃微珠用量对复合材料热膨胀系数影响

5.3.9 玻璃微珠含量对复合材料介电性能的影响

5.3.10 复合材料的电子显微镜观察

5.4 本章小结

参考文献

第六章短玻璃纤维和空心微珠增强聚四氟乙烯复合材料力学性能研究

前言

6.1 短纤维复合材料机械力学性能预测方法

6.1.1 短纤维复合材料等效弹性模量

6.1.2 短纤维复合材料的强度

6.1.3 单向短纤维复合材料的强度预测

6.1.4 任意分布与随机取向的短纤维系统体视学研究

6.2 实验部分

6.3 增强相玻璃纤维的表面处理

6.3.1 玻璃纤维表面处理方法

6.3.2 研究采用的表面处理方法

6.4 结果与分析

6.4.1 影响偶联剂上胶量的因素

6.4.2 偶联剂上胶量对复合材料拉伸强度的影响

6.4.3 空心玻璃微珠短切玻璃纤维增强聚四氟乙烯复合材料的拉伸实验结果

6.4.3 复合材料模量和强度的理论预测和实验比较

6.4.4 短玻璃纤维和玻璃微珠增强聚四氟乙烯复合材料的微观观察

6.5 本章小结

参考文献

结论

在学期间发表与学位论文内容相关的学术论文

致谢

发布时间: 2008-10-09

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