摘要
聚芳醚砜（PAES）作为一类高性能的热塑性工程塑料，具有高的耐热性、较好的热稳定性、良好的耐化学性、优异的力学性能和突出的介电性能，广泛应用于航空航天、国防军事以及电子电器等高新技术领域中。为了满足快速发展的微电子领域对高性能低介电常数材料的需求，通过向聚芳醚砜中引入含氟基团可以有效降低材料的介电常数，制备出具有良好低介电性能的含氟聚芳醚砜。随后向聚合物中引入孔隙结构填料，以进一步降低其介电常数，从而实现综合性能良好的含氟聚芳醚砜基低介电功能复合材料的开发，并将其应用于微电子器件中。本论文将低极化率的三氟甲基和大体积的刚性联苯基团通过化学共聚的方法引入到聚芳醚砜的分子链中，合成了一系列含氟聚芳醚砜（PAES-6AF），重点研究了该系列PAES-6AF的结构与性能之间的关系。而后选择上述研究中介电性能最优的PAES-6AF作为聚合物基体，以笼型倍半硅氧烷（POSS）作为孔隙结构填料，通过溶液流延成膜法制备了一系列具有不同POSS质量分数的复合材料，并对该系列复合材料的断面形貌、热学、力学以及介电性能进行了详细研究。 首先，从分子结构设计的角度出发，以联苯二酚（BP）、六氟双酚A（6AF）和4,4′-二氯二苯砜（BCPS）为主要原料，采用亲核取代聚合反应的方法，成功将三氟甲基和联苯基团引入到聚芳醚砜的分子链中，通过调节BP和6AF的摩尔比合成了一系列具有不同组成含量的PAES-6AF聚合物。研究表明，该系列PAES-6AF聚合物具有较高的分子量（Mw＞5.7×104g/mol）和良好的溶解性，同时具有高的玻璃化转变温度（Tg=179~226℃）和优异的热稳定性（T5%=527~561℃）以及较高的抗拉强度（68~76MPa）。随着6AF摩尔分数的增加（0%至100%），PAES-6AF聚合物的介电常数在1MHz的频率下从3.32逐渐降低至2.96，且介电损耗均低于0.01。 然后，选取6AF摩尔分数为100%的PAES-6AF均聚物作为聚合物基体，将具有中空笼型结构的八苯基倍半硅氧烷（OPS）引入PAES-6AF基体中制备了一系列具有不同OPS质量分数的含氟聚芳醚砜/八苯基倍半硅氧烷复合材料。研究发现，该系列PAES-6AF/OPS复合材料的介电常数随着OPS质量分数的增加（0wt%至40wt%）而逐渐降低。当OPS含量为40wt%时，复合材料的介电常数低至2.40（1MHz），较纯PAES-6AF聚合物降低约19%，且介电损耗为0.015。此外，该系列复合材料的Tg均高于175℃，T5%超过480℃。尽管PAES-6AF/OPS复合材料的力学性能随着OPS质量分数的增加明显降低，但其仍然具有相对较好的抗拉强度和柔韧性。 最后，为了改善OPS颗粒与PAES-6AF基体之间的界面相容性，采用发烟硝酸对OPS进行硝化处理获得了多硝基苯基倍半硅氧烷（NPS），将其引入PAES-6AF基体中制备了一系列具有不同NPS质量分数的含氟聚芳醚砜/多硝基苯基倍半硅氧烷复合材料。研究发现，该系列PAES-6AF/NPS复合材料的介电常数仍然呈现出大幅降低的趋势，随着NPS质量分数的增加，其介电常数在1MHz下从2.96降低至2.41。所有复合材料均表现出较高的玻璃化转变温度和良好的热稳定性，其Tg在175~197℃之间变化，T5%均高于485℃。此外，该系列复合材料的力学性能相较于PAES-6AF/OPS复合材料得到了明显的提升，当NPS质量分数为40wt%时，其抗拉强度为47MPa，断裂伸长率为3.3%。综上所述，PAES-6AF/NPS复合材料在保留聚合物基体自身优异的热性能和良好的力学性能的同时还融入了填料的低介电性能，在高性能低介电常数材料领域中具有良好的应用前景。
NETL