PTFE复合材料填料与性能

聚四氟乙烯织物-树脂基复合材料的研制聚四氟乙烯（PTFE）织物是一种具有极好的化学稳定性、低摩擦系数和耐高温性能的材料，被广泛应用于航空、航天、化工等领域中。

然而，由于其表面亲水性差，不易涂层和粘接，因此其应用范围受到了限制。

为了解决这一问题，研究人员开始探索将PTFE织物与树脂进行复合的方法。

本文采用了环氧树脂作为复合材料的基体材料，将其与PTFE织物复合制备了一种具有优异性能的PTFE织物-树脂基复合材料。

该复合材料的制备步骤如下：首先，在市售PTFE织物表面进行氧化处理，增强其与树脂的粘接性；然后，将预先准备好的环氧树脂加热至一定温度，将PTFE织物浸泡其中，使其充分浸透；最后，将浸透后的PTFE织物放入模具中，经过压力和温度的作用，完成复合材料的成型。

为了评估该复合材料的性能，我们进行了多项测试。

结果表明，PTFE织物的加入显著提高了复合材料的力学性能和耐磨性。

复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别提高了30%和20%，耐磨性能相比纯环氧树脂提高了近两倍。

此外，该复合材料还表现出良好的耐化学性、耐高温性能和自润滑性能，使其在复杂的工作环境中具有广泛的应用前景。

综上所述，通过将PTFE织物与环氧树脂进行复合，研究人员成功制备了一种优异性能的PTFE织物-树脂基复合材料。

该复合材料不仅具有优异的力学性能和耐磨性，还具有良好的耐化学性、耐高温性能和自润滑性能，展现出广泛的应用前景。

本研究中，采用的环氧树脂是一种低粘度、高强度和耐热性能优异的材料。

其在复合材料中作为基体材料，可以有效地提高材料的力学性能和耐拆卸性能。

而PTFE织物作为复合材料中的增强材料，其低摩擦系数和良好的化学稳定性为材料的特性增添了更多的优势。

在制备过程中，关键的氧化处理是为了增强PTFE与环氧树脂的粘接性，从而保证复合材料在使用过程中的稳定性和强度。

同时，对于复合材料的成型过程也十分关键。

压力和温度的作用可以使得材料充分结合，形成一体化结构，从而提高复合材料的力学性能。

耐磨聚四氟乙烯填充件石墨四氟管的用途？一、改性四氟棒介绍ptfe四氟铁氟龙填充石墨管是以聚四氟乙烯塑料为基料，填充石墨增强剂（或者碳纤维等）后制得的增强塑料。

石墨能提高聚四氟乙烯的耐磨性，导热性，自润滑性，导电性，耐热变形等。

适用于耐高温，耐磨，耐腐蚀等环境下使用，除食品，绝缘，氧化剂环境下外，石墨改性（增强，填充）聚四氟乙烯基本能代替原聚四氟乙烯能用的环境。

1.1四氟材料在温度低于-185℃时会变脆，高于260℃时会蠕变裂解，所以不应用于过高的温度。

四氟导热系数较低且线膨胀系数较大在负荷下会发生冷流现象，添加不同的填充剂如玻璃纤维、石墨、二硫化钼、青铜粉等可改善四氟棒的性能。

1.2改性四氟棒使用行业：化工、石化、炼油、氯碱、制酸、磷肥、制药、农药、化纤、染化、焦化、煤气、有机合成、有色冶炼、钢铁、原子能及高纯产品生产（如离子膜电解），粘稠物料输送与操作，卫生要求高度严格的食品、饮料等加工生产部门。

1.3使用设备：管道、阀门、泵、压力容器、热交换器、冷凝器、发电机、空气压缩机、排气管、制冷机等法兰连接处的密封部位。

二、石墨四氟管简介又称：石墨套筒、石墨ptfe管材、石墨聚四氟乙烯管、黑色铁氟龙管、填充聚四氟乙烯模压管材，聚四氟乙烯填充石墨管材，ptfe四氟铁氟龙填充石墨管，改性填充石墨PTFE四氟管，聚四氟乙烯（PTFE）+石墨，新型聚四氟乙烯石墨件。

图1 石墨四氟管来源：深圳丹凯特性：1.使用温度范围十分广泛(摄氏从-200度到+260度)；2.基本上对所有化学物质都具抗腐蚀性除了一些氟化物和碱性金属液。

3.极好的机械性能包括抗老化性特别对于弯曲和摆动方面应用。

4.杰出的阻燃性(符合ASTM-D635 和D470测试步骤，在空气中被归为阻燃材料。

5.优良的绝缘特性(无论其频率和温度如何)。

6.吸水率极低，并具有自润滑性和不粘性等一系列独特的性能。

7、摩擦系数小。

三、填充聚四氟乙烯的加工填充聚四氟乙烯制品选用填充聚四氟乙烯树脂经模塑加工制成。

PTFE/PI复合材料的热性能及机械性能分析【摘要】制备并研究了不同配比的PTFE/ PI复合材料的热性能及机械性能变化，并用扫描电镜对其微观形态进行了观察。

结果表明：此复合材料的耐热性及机械性能相对于聚四氟乙烯纯树脂有明显的提高。

维卡软化温度达到182℃，比基体树脂纯PTFE高90℃；初始分解温度达到467℃，比基体树脂纯PTFE高11℃；熔融温度基本稳定在330℃左右；洛氏硬度提高27HRL；弯曲强度提高28 MPa。

SEM表明：复合材料断面出现韧窝状形貌，PI起到辅助增韧作用。

【关键词】聚四氟乙烯，聚酰亚胺，复合材料，热性能，机械性能尽管目前已开发出许多具有优良性能的工程塑料，但单一树脂材料并不具备耐摩擦、和自润滑等综合性能。

将不同种类的聚合物共混，可获得具有良好综合性能的新型高分子材料。

耐热复合材料是一种在高温下有望发挥其性能的材料，材料为了达到耐热性的提高，长寿命化，可靠性以及轻量化等，耐热复合材料是不可缺少的关键材料，它也成为今后支撑地球环境问题及能量问题的解决、航空宇宙领域的重要材料。

本研究采用冷压烧结的工艺制备了PTFE/PI复合材料，测试分析了PTFE/PI 复合材料的热性能及机械性能，为其在高性能先进复合材料领域中的应用提供理论依据。

1 实验部分1.1 主要原材料。

聚四氟乙烯（PTFE）：平均粒径≤5μm，表观密度约0.56g/m2，沈阳市天宇祥微粉厂；聚酰亚胺（PI）：粒径约75μm，表观密度约0.92/m2，常州建邦塑料制品有限公司。

1.2 实验仪器及设备。

马弗炉：TM0610型，天津马福尔科技有限公司；平板硫化机：XLB 400×400×2E型，青岛亚华机械有限公司；差动热分析仪：CDR-34P型，上海万衡精密仪器有限公司；维卡软化点温度测定仪：GB/T1634型，北京冠测精电仪器设备有限公司；热重分析仪：TGA2000型，上海精密科学仪器有限公司；塑料洛氏硬度计：XHR-150型，上海万衡精密仪器有限公司；悬臂梁冲击实验机：XJU-22型，承德试验机有限公司；微机万能控制电子实验机：RG2000-1型，上海研润光机科技有限公司。

PTFE用改性填料介绍PTFE具有优异的耐腐蚀和耐化学性能，但其耐蠕变性能较差，摩擦学相关性能较差、硬度低。

为提高PTFE的综合性能，各类填料被添加其中。

填料的加入，在一定程度上会降低PTFE的拉伸性能，但可显著改善其尺寸稳定性、抗蠕变性和耐磨性能等其他性能，部分填料甚至可以改善导热、导电性能。

因此，综合而言，填料改性是利大于弊。

填料对PTFE抗蠕变性和耐模型的作用机制可以描述为如下：（1）由于PTFE 基体质地软而填料颗粒具有较高的强度和刚度，填料优先于PTFE基体承受外界负载，从而降低PTFE本体所受的作用力，起到支承负荷的作用，同时，在正压力的作用下，部分填料颗粒被重新嵌入PTFE基体中，减少PTFE因外力从表面抽出的机会，提高其摩擦性能；（2）填料在PTFE内部形成网络节点或网络结构，束缚PTFE，阻止PTFE的形变位错和分子量的运动。

填料自身的特性对PTFE复合材料的综合性能有重要影响，这些特性包括但不局限于填料粒径、几何形状、比表面积、硬度等。

填料颗粒的粒径越小，只要能分散均匀，填充材料的力学性能就越好。

但另一方面，填料粒径越小，要实现其均匀分散的难度越高，需要更多的助剂和更好的加工设备，加工成本也越高。

因此，宜根据实际需要选择适当粒径的填料是必要的。

填料的几何形状有不规则形、球形、片状、纤维状、块状等。

填料的几何形状是影响填料在填充塑料中所起作用的重要因素之一。

填料的比表面积大小对于填料与基体树脂之间的亲和性、填料表面的活化处理都有直接关系。

比表面积越大，对树脂改性的效果越好。

填料的硬度对塑料加工设备的磨损关系重大。

硬度高的填料可以提高塑料制品的耐磨性，但会增加加工设备的磨损。

根据填料类型，PTFE用填料可分为无机材料和有机材料两大类。

相对而言，无机填料与PTFE本体相容性差，分散难度大，而有机填料与PTFE相容性好，易均匀分散。

为提高填料与PTFE间的相容性，在填料改性前，往往需要对填料进行表面改性。

综述CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2022， 39（4）： 70随着现代科技的飞速发展，对高性能材料的需求日益增加，聚四氟乙烯（PTFE）作为一种性能优良的工程塑料，在许多领域具有广泛的应用［1-2］。

PTFE是由单体四氟乙烯聚合而成［3］，分子结构为一种螺旋构象，即C—C骨架全部被周围的F原子包裹。

同时由于C—F的键能很高不易断裂，使PTFE可以抵抗强酸、强碱、油脂、纯氧化剂和有机溶剂等的腐蚀，但缺点是强度较低，不利于成型加工，机械磨损率高，特别是在受外力作用下会产生严重的蠕变现象，极大地限制了PTFE 的应用。

因此对PTFE的改性显得尤为重要［2］。

目前，PTFE的改性方法主要有表面改性、填充改性和共混改性。

本文详细阐述了PTFE改性的几种方法，并研究了改性方法对PTFE复合材料力学性能、摩擦性能和介电性能的影响。

DOI：10.19825/j.issn.1002-1396.2022.04.15 *1 PTFE的改性1.1 表面改性由于PTFE表面结合能较小，不易与其他化合物和小分子反应，同时其他填料也很难附着在PTFE表面。

采用物理化学法对PTFE表面进行处理，可以在PTFE表面产生反应位点同时提高表面的粗糙程度，改善PTFE表面的疏水性、亲核性和防污性能。

常见的处理方法主要有等离子体处理法、电子辐照处理法、偶联剂处理法［4］。

聚四氟乙烯改性现状及研究进展左 程1，肖 伟2*（1. 江苏扬建集团有限公司 扬州华正建筑工程质量检测有限公司，江苏 扬州 202105；2. 上海工程技术大学 数理与统计学院，上海 201620）摘要：综述了近几年国内外聚四氟乙烯（PTFE）改性的研究进展，并总结了表面改性、填充改性和共混改性的优缺点，着重分析了填料对PTFE力学性能、摩擦性能和介电性能的影响。

最后对PTFE改性工艺的发展趋势和前景进行了展望。

电子元件与材料E l e c t r o n i cC o m p o n e n t s a n dM a t e r i a l s第40卷V o l.40第1期N o.11月J a n2021年2021空心球陶瓷粉填充P T F E基复合基板的制备及性能贾倩倩,赖占平,李强,张立欣,魏西(中国电子科技集团公司第四十六研究所,天津300220)摘要:为制备低介电常数低损耗微波复合介质基板材料,采用压延工艺,以空心球陶瓷粉为填料制备了聚四氟乙烯(P T F E)基复合基板,系统研究了空心陶瓷粉含量对P T F E基复合基板微观结构和综合性能的影响㊂结果表明,随空心球陶瓷粉含量的增加,P T F E基复合基板材料断面形貌出现空心球破碎的现象,相对密度逐渐降低,介电常数和介电损耗先降低后升高,吸水率逐渐升高,抗剥离强度呈现下降趋势㊂当空心球陶瓷粉质量分数为31.3%时,空心结构完整,P T F E基复合基板介质层的密度为1.302g/c m3;相对介电常数和介电损耗均最小,分别为1.9659和6.06ˑ10-4;吸水率为0.2%,抗剥离强度为2.725N/m m㊂关键词:聚四氟乙烯;空心球陶瓷粉;复合基板;介电性能;抗剥离强度中图分类号:T N304文献标识码:AD O I:10.14106/j.c n k i.1001-2028.2021.1646引用格式:贾倩倩,赖占平,李强,等.空心球陶瓷粉填充P T F E基复合基板的制备及性能[J].电子元件与材料, 2021,40(1):19-23.R e f e r e n c e f o r m a t:J I A Q i a n q i a n,L A I Z h a n p i n g,L I Q i a n g,e ta l.P r e p a r a t i o n a n d p r o p e r t i e s o f P T F E b a s e d c o m p o s i t e l a m i n a t e s f i l l e d b y h o l l o w s p h e r e c e r a m i c p o w d e r s[J].E l e c t r o n i c C o m p o n e n t s a n dM a t e r i a l s,2021,40(1): 19-23.P r e p a r a t i o n a n d p r o p e r t i e s o f P T F Eb a s e d c o m p o s i t e l a m i n a t e s f i l l e d b yh o l l o w s p h e r e c e r a m i c p o w d e r sJ I A Q i a n q i a n,L A I Z h a n p i n g,L IQ i a n g,Z H A N GL i x i n,W E IX i (T h e46t hR e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n aE l e c t r o n i c sT e c h n o l o g y G r o u p C o r p o r a t i o n,T i a n j i n300220,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n g a tm i c r o w a v e c o m p o s i t e d i e l e c t r i c l a m i n a t e sw i t h l o wd i e l e c t r i c c o n s t a n t a n d l o s s t a n g e n t,P T F Eb a s e d c o m p o s i t e l a m i n a t e s f i l l e dw i t hh o l l o ws p h e r e c e r a m i c p o w d e r sw e r e f a b r i c a t e db y c a l e n d a r i n g m e t h o d.T h ee f f e c t so fh o l l o ws p h e r e s c e r a m i c p o w d e r so nt h e m i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e sw e r e i n v e s t i g a t e d.T h er e s u l t ss h o wt h a tw i t hi n c r e a s i n g c o n t e n t,t h e h o l l o ws t r u c t u r e s o f c e r a m i c p o w d e r s c o l l a p s e,a n d t h e r e l a t i v e d e n s i t y o f P T F Eb a s e d c o m p o s i t e l a m i n a t e s d e c r e a s e s,w h i l e t h ed i e l e c t r i c c o n s t a n t a n d l o s s t a n g e n t f i r s t l y d e c r e a s ea n dt h e n i n c r e a s e.M e a n w h i l e,t h e w a t e r a d s o r p t i o n i n c r e a s e sa n d p e e l s t r e n g t hd e c r e a s e s.P T F Eb a s e dc o m p o s i t e l a m i n a t ew i t hf i l l e r c o n t e n t o f31.3% e x h i b i t s t h e r e l a t i v e d e n s i t y o f1.302g/c m3,d i e l e c t r i c c o n s t a n t a n d l o s s t a n g e n t o f1.9659a n d6.06ˑ10-4,r e s p e c t i v e l y. T h ew a t e r a d s o r p t i o n i s0.2%a n d p e e l s t r e n g t h i s2.725N/m m.K e y w o r d s:p o l y t e t r a f l u o r o e t h y l e n e;h o l l o w s p h e r e c e r a m i c p o w d e r s;c o m p o s i t e l a m i n a t e s;d i e l e c t r i c p r o p e r t y; p e e l s t r e n g t h随着现代信息技术的快速发展,电子信号传输的频率越来越高,从3G㊁4G逐渐向5G和6G方向发展㊂微波复合基板是电路中信号传输的重要载体,其性能优劣直接决定了微波信号传输的快慢和质量高收稿日期:2020-10-30通信作者:贾倩倩,工程师,博士,主要从事P T F E基复合材料的研究㊂E-m a i l:j i a q i a n q i a n_46@f o x m a i l.c o m㊃20 ㊃电子元件与材料低[1-3]㊂低介电常数的微波介质材料有利于微波信号的高速㊁低延迟㊁无损耗传输[4],是实现超高密度和超大规模集成电路多层互联的首选基础材料,被广泛应用在天线㊁雷达等关键领域㊂聚四氟乙烯(P T F E)是介电常数和介质损耗最低的树脂[5-6],其相对介电常数为2.1~2.2㊂但是由于P T F E 的热膨胀系数(C T E )过高(109ˑ10-6/ħ),且强度较低,不适合直接应用于微波介质基板,而陶瓷粉填料具有极低的热膨胀系数并且可以作为补强材料弥补P T F E 树脂的强度㊂因此在制备P T F E 基介质基板过程中,陶瓷粉填料经常被引入以提高基板强度和尺寸热稳定性[7]㊂熔融二氧化硅陶瓷粉是P T F E 基复合基板的常用填料,其热膨胀系数极低(约0.5ˑ10-6/ħ)[8],相对介电常数(4.0)高于P T F E [9]㊂熔融二氧化硅填充P T F E 基介质基板的相对介电常数在2.4~2.9之间[10-11]㊂若将P T F E 基介质基板的相对介电常数降低至2.2以下,同时保持较低的介质损耗,将有助于高频信号的高速传输㊂为了制备得到低介电常数的介质材料,研究人员以空气作为第三相引入到复合材料当中,如多孔氧化硅[12]㊁介孔氧化硅[13]㊁环氧树脂/S i O 2空心球纳米复合材料[14]等,成功将相对介电常数降低至2.0左右㊂然而,目前尚未发现有利用空心球陶瓷粉填充P T F E 基低介电常数微波复合基板的报道㊂本文以空心球A l 6S i 2O 13陶瓷粉为填料,制备P T F E 基复合基板材料,研究填料含量对P T F E 基复合基板密度㊁介电性能㊁吸水率㊁抗剥离强度等性能的影响㊂1 实验1.1 试剂与仪器本实验采用的P T F E 分散料由美国杜邦公司生产(T e f l o n 8A );空心球陶瓷粉由安徽鑫磊粉体公司生产;硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷和苯基三甲氧基硅烷按照质量比1ʒ1复配而成,成型助剂为石油醚,上述试剂均由上海阿拉丁试剂公司提供;铜箔为厚度35μm 的电解铜箔,由苏州福田公司生产㊂1.2 实验过程按照图1所示流程,首先利用硅烷偶联剂对空心球陶瓷粉进行表面改性,然后按照表1中的配比,利用锥形混料机(常州范信,型号D S H0.3),将改性陶瓷粉㊁P T F E 分散料以及一定量石油醚(质量为复合料总重量的20%)加入料腔,开启搅拌,等待机械混合均匀后,将物料取出,装入模具,用干压的方式进行预成型,制成一定厚度的片材㊂利用三辊压延机(青岛君林机械,型号X Y-I 230)将预成型得到的片材反复压延,直到成为厚度约0.25m m 的基片㊂将基片在210ħ烘箱中烘干,在该过程中小分子有机物被排出㊂最后,将两张基片叠层,双面覆铜箔,在380ħ,3.5M P a 下热压,保温保压2h ,得到相应的P T F E 基微波复合基板样品㊂图1 空心球陶瓷粉填充P T F E 基复合基板的制备流程图F i g .1 F a b r i c a t i o n p r o c e s s o f h o l l o ws ph e r e c e r a m i c p o w d e r s f i l l e dP T F Eb a s e d c o m po s i t e l a m i n a t e s 表1 空心球陶瓷粉填充P T F E 基复合基板制备配方表T a b .1 F o r m u l a o f h o l l o ws ph e r e c e r a m i c p o w d e r s f i l l e d P T F Eb a s e d c o m po s i t e l a m i n a t e 样品编号P T F E 质量分数(%)填料质量分数(%)H P -17525H P -268.731.3H P -362.537.5H P -456.243.8H P -550501.3 测试与表征空心球陶瓷粉和P T F E 基复合基板材料的微观形貌由德国蔡司公司S U P P R A55V P 场发射扫描电镜进行分析,样品在液氮保温10m i n 后脆断,喷金后观察其横截面形貌㊂粉体的晶相采用荷兰帕纳科公司生产的X p e r t P r o 型X 射线衍射仪分析,试验条件为室温下C u K α(λ=0.15406n m ),扫描范围为20ʎɤ2θɤ90ʎ,步长为0.01671ʎ㊂基板介质层密度测试,需要先利用化学腐蚀的方法将P T F E 基复合板材料双面的铜箔腐蚀去除,然后采用梅特勒密度天平测试,每种配方选取2个样品测试取平均值;采用美国A g i l e n t 公司网络分析仪配合带状线测试夹具对样品在X 波段(8~12G H z )的相对介电常数和介电损耗进行测试;基板的吸水率和抗剥离强度测试分别按照I P C -T M-650标准中第2.6.2.1条测试㊂2 结果与讨论2.1 微观形貌和物相空心球陶瓷粉的微观形貌如图2所示,通过形貌贾倩倩,等:空心球陶瓷粉填充P T F E 基复合基板的制备及性能㊃21 ㊃观察,陶瓷粉的平均粒径在30~40μm ,呈现完整的球形颗粒,分散性良好㊂图3(a )㊁(b )和(c )分别为空心球陶瓷粉表面改性处理前㊁处理后以及标准卡片(P D FN o .15-0776)的X R D 图谱㊂空心球陶瓷粉在改性前后的物相结构相同,通过与标准图谱对比,各个衍射峰完全符合A l 6S i 2O 13的物相结构㊂图2 空心球陶瓷粉的微观形貌图F i g .2 S E Mi m a g e o f h o l l o ws ph e r e c e r a m i c p o w d e r s 采用改性后的空心球陶瓷粉制备P T F E 基复合基板材料,编号分别为H P -1㊁H P -2㊁H P -3㊁H P -4和H P -5㊂样品断面微观形貌见图4所示㊂从微观形貌看,空心球陶瓷粉的外壁与P T F E 基体之间结合性良好㊂图4(b )是图4(a )的局部放大图,可看出空心球的断面形貌,球体外径为30~40μm ,空心球壁厚约5μm ,壁上可见一些微米级孔洞㊂这样的微观结构给空心球陶瓷粉带来较高的气孔率,作为填料引入P T F E 基复合材料时,有效地引入空气作为第三相,降低复合材料的介电常数㊂当空心球陶瓷粉的含量为25%和31.3%时,空心结构完整;随着空心球陶瓷粉含量增大至质量分数43.8%和50%,复合基板材料断面的空心球陶瓷粉发生破裂㊂这是由于当空心球陶瓷粉含量提高时,P T F E 基体的比例下降,大量陶瓷粉颗粒直接相互接触,在压延成型和覆铜热压的过程中,受到较大压力,从而导致部分空心球结构的坍塌㊂随空心球陶瓷粉含量增多,结构破坏的空心球比例增大,这将导致空气比例下降,不利于介电常数的降低㊂图3 空心球陶瓷粉的X 射线衍射分析图谱㊂(a)表面改性处理前;(b )表面改性处理后;(c )标准图谱P D FN o .15-0776F i g .3 X r a y d i f f r a c t i o n p a t t e r n s o f h o l l o w s p h e r e c e r a m i c po w d e r s .(a )B e f o r e s u r f a c e t r e a t m e n t ;(b )A f t e r s u r f a c e t r e a t m e n t;(c )A l 6S i 2O 13st a n d a r d p a t t e r n s o f P D FN o .15-0776图4 空心球陶瓷粉填充P T F E 基复合基板材料脆断后的断面微观形貌图㊂(a ,b )H P -1;(c )H P -2;(d )H P -3;(e )H P -4;(f )H P -5F i g .4 S E Mi m a g e s o f f r a c t i o nm o r p h o l o g y o f h o l l o ws p h e r e c e r a m i c p o w d e r s f i l l e dP T F Eb a s e d c o m po s i t e l a m i n a t e s .(a ,b )H P -1;(c )H P -2;(d )H P -3;(e )H P -4;(f )H P -5㊃22 ㊃电子元件与材料2.2 相对密度根据混合法则,复合材料的理论密度与每种组分的理论密度及其体积分数有关,计算公式如式(1)㊂ρ0=1ω1ρ1+ω2ρ2(1)式中:ρ0㊁ρ1㊁ρ2分别代表复合材料㊁组分1和组分2的理论密度;ω1和ω2分别代表组分1和组分2的质量分数㊂空心球陶瓷粉的相对密度约为0.7g /c m 3,P T F E的密度约为2.1g /c m 3,采用式(1)可计算得到不同样品的理论密度㊂图5为P T F E 基复合基板材料介质层的实际密度和理论密度随空心球陶瓷粉含量的变化趋势㊂随着空心球陶瓷粉填料含量的增加,介质层的理论密度逐渐下降,而实际密度呈现先下降,后维持不变,再下降的趋势㊂在填料含量为质量分数31.3%时,实际密度与理论密度相接近,为1.302g /c m3㊂介质层实际密度的整体趋势降低,与空心球陶瓷粉含量逐渐递增有关㊂而当空心球陶瓷粉含量从质量分数31.3%增加至43.8%,实际密度却基本保持不变㊂结合微观形貌分析,推测这种现象是由于空心球过多,在基板成型和热压过程中受到挤压破碎变形导致的㊂图5 P T F E 基复合基板材料的介质层密度随空心球陶瓷粉含量的变化F i g .5 D e p e n d e n c e o f d e n s i t y a n d t h e o r e t i c a l d e n s i t y of d i e l e c t r i c l a y e r s o f P T F Eb a s e d c o m po s i t e l a m i n a t e sw i t h c o n t e n t o f h o l l o ws ph e r e c e r a m i c p o w d e r s 2.3 P T F E 基复合基板性能随着空心球陶瓷粉含量增加,P T F E 基复合基板的相对介电常数和介电损耗如图6所示,可以看出相对介电常数和介电损耗均呈现先减小后增加的趋势㊂当陶瓷粉含量为质量分数31.3%时,相对介电常数和介电损耗均最小,分别为1.9659和6.06ˑ10-4㊂根据混合法则,复合材料的介电常数与各组分的理论介电常数及所占体积分数有关㊂因此,P T F E 基复合材料的介电常数应随空心球陶瓷粉含量的增大而单调降低㊂然而,在本研究中,随着空心球陶瓷粉含量从质量分数31.3%增加至50%,介电常数反而升高㊂结合微观形貌和密度数据,推测其原因为空心球陶瓷粉的强度较低,当空心球陶瓷粉含量较高时,P T F E 基体的比例下降,空心球陶瓷粉互相挤压,在压延成型和热压烧结过程中受到压力导致空心球结构遭到破坏,空气所占比例降低,导致介电常数升高㊂图6 P T F E 基复合基板材料的介电性能随空心球陶瓷粉含量的变化F i g .6 D e p e n d e n c e o f d i e l e c t r i c p r o p e r t i e s o f P T F E b a s e d c o m p o s i t e l a m i n a t e sw i t h c o n t e n t o f h o l l o ws ph e r e c e r a m i c p o w d e r s P T F E 基复合基板材料的吸水率随空心球陶瓷粉含量的变化趋势如图7所示㊂随空心球陶瓷粉含量提高,吸水率逐渐升高㊂这是由于空心球陶瓷粉比例增大时,填料和基体之间的微观界面比例增大㊂并且复合介质层的断面更加粗糙㊂介质层的吸水率与复合材料界面效应有关,界面比例的提高直接导致复合材料吸水率的增大㊂因此,要想得到较低吸水率的P T F E 基复合材料,空心球陶瓷粉的比例不能过大㊂当空心球陶瓷粉含量为质量分数31.3%时,P T F E 基复合材料的吸水率为0.2%,是比较理想的水平㊂图8为P T F E 基复合基板的铜箔抗剥离强度随空心球陶瓷粉含量的变化㊂当空心球陶瓷粉含量提高时,样品抗剥离强度逐渐降低㊂抗剥离强度是铜箔与介质层之间的结合强度的表征㊂覆铜热压过程中,在升温时,介质层中的P T F E 受热熔融,与铜箔的毛面发生接触,因为铜箔毛面具有一定粗糙度,其表面微小的凸起 刺入 介质层,形成紧密的界面结合㊂在降温贾倩倩,等:空心球陶瓷粉填充P T F E 基复合基板的制备及性能㊃23 ㊃时,P T F E 冷却结晶,与铜箔毛面之间保持紧密的结合力,使铜箔具有一定的抗剥离能力㊂本研究中,随空心球陶瓷粉含量的提高,P T F E 含量降低,铜箔表面与P T F E 的结合作用随之减弱,导致抗剥离强度逐渐降低㊂当空心球陶瓷粉含量为质量分数31.3%时,P T F E基复合材料的抗剥离强度为2.725N /m m ,能够满足高频电路板对微波介质基板材料抗剥离强度的要求㊂图7 P T F E 基复合基板材料的吸水率随空心球陶瓷粉含量的变化F i g .7 D e p e n d e n c e o f w a t e r a d s o r p t i o n o f P T F E b a s e d c o m p o s i t e l a m i n a t e sw i t h c o n t e n t o f h o l l o ws ph e r e c e r a m i c p o w d e rs 图8 P T F E 基复合基板材料的抗剥离强度随空心球陶瓷粉含量的变化F i g .8 D e p e n d e n c e o f p e e l s t r e n g t h o f P T F E b a s e d c o m po s i t e l a m i n a t e sw i t h c o n t e n t o f h o l l o ws ph e r e c e r a m i c p o w d e r s 3 结论当引入A l 6S i 2O 13空心球陶瓷粉填料时,P T F E 基微波复合介质基板的相对介电常数降低至2.0以下㊂随着空心球陶瓷粉含量的提高,基板断面形貌出现空心球结构破碎的现象,随之相对密度降低,吸水率升高,抗剥离强度降低㊂当空心球陶瓷粉含量为质量分数31.1%时,P T F E 基复合基板密度为1.302g /c m 3;相对介电常数和介电损耗最低,分别为1.9659和6.06ˑ10-4;吸水率为0.2%,抗剥离强度为2.725N /m m ,是富有潜力的高频微波复合介质基板材料㊂参考文献:[1]祝大同.对未来覆铜板技术发展趋势的探讨(上)[J 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