СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ РАЗРЫВНОЙ ПРОЧНОСТИ И ПОРИСТОСТИ КАЛАНДРОВАННОЙ БУМАГИ Российский патент 1998 года по МПК D21H13/26 D21H25/04 

Бумаги, содержащие арамидные хлопья и фибриды (волокнисто-пленочные связующие) с или без специальных ингредиентов таких, как кварцевое волокно, предназначаются для использования в качестве подложек для электронных монтажных печатных плат. Это конечное назначение предъявляет ряд требований к подложкам, таких как хорошие механические свойства в сочетании с высокой пористостью для облегчения ее пропитки полимерными смолами. Бумаги этого типа обычно получаются мокрым способом с использованием бумагоделательной машины. Полученные мокрым способом листы дренируются (обезвоживаются), сушатся и каландируются. Полученные бумаги имеют ограниченную прочность и пористость. Способ настоящего изобретения повышает прочностные характеристики каландрованной продукции при увеличении ее пористости.

Регулирование пористости арамидных бумаг композиционными изменениями известно из патента США A-5026456, а патент Японии A 52105975 описывает способ получения листов с высокой термостойкостью.

Настоящее изобретение представляет способ увеличения разрывной прочности и пористости каландрованной бумаги, состоящей в основном из 45 - 97 мас.% поли(p-фенилентерефталамид)ных хлопьев, 3 - 30 мас.% поли(m-фениленизофталамид)ных фибридов и 0 - 35 мас.% кварцевого волокна, включающий в себя нагревание бумаги, находящейся без применения давления, при температуре не менее 480^oF (248,9^oC) в течение не менее 12 с, не более 100 с предпочтительно, при температуре не менее 510^oF (265,6^oC) в течение 20 - 30 с.

В мокром способе формирования бумаг, обрабатываемых в соответствии с настоящим изобретением получается водная пульпа из коротких волокон, до 0,5 дюйма (12,7 мм) длиной, из поли(p-фенилентерефталамида) (РРД-Т) и фибридов из поли(m-фениленизофталамида) (МРД-1) и, по выбору, других коротких волокон, и с помощью бумагоделательной машины из пульпы формируется лист. Перед обработкой по способу изобретения лист сушится и каландируется.

Более конкретно, получается водная пульпа, которая содержит 0,005 - 0,02% по массе твердой составляющей, которая состоит из 45 - 97% по массе коротких (менее 0,5 дюйма (12,7 мм) длиной) волокон из РРД-Т, 3 - 30% по массе фибридов из МРД-1 и 0 - 35% по массе коротких (менее 0,5 дюйма (12,7 мм) длиной) кварцевых волокон. Важно, чтобы фибриды не превышали 30% по массе. Использование больших количеств фибридов из МРД-1 в листе дает повышенное влагопоглощение и большую усадку, оба нежелательные свойства в случае применения в печатных платах. Лист формуется из пульпы с помощью бумагоделательной машины. После сушки лист имеет базовую массу примерно 0,8 - 4,0 унции/ярд² (0,025 - 0,125 г/см²). Высушенный лист затем каландруется до термообработки в соответствии с настоящим изобретением. Термообработка листа при температурах выше 500^oF (260,0^oC) перед каландрованием может кристаллизовать фибриды, предотвращая поэтому адекватное уплотнение листа и регулирование однородности толщины листа при работе каландра.

Каландрование является высокоскоростной операцией, предназначенной для снижения толщины листа и улучшения гладкости поверхности. Для этой цели каландр обычно работает при температурах ниже 500^oF (260^oC) с небольшим временем пребывания листа. Каландры, которые могут работать при значительно более высоких температурах, являются более дорогостоящими и обычно не являются общедоступными. Способ настоящего изобретения делает использование таких высокотемпературных каландров ненужным и еще обеспечивает некоторое улучшение по сравнению с их использованием.

Термообработка по способу в соответствии с настоящим изобретением удобно сопровождается пропусканием листа через песь с заданной линейной скоростью. Лист протягивается через печь при натяжении, достаточном для того, чтобы избежать морщин. В процессе нагревания в печи к листу не прикладывается давление. Температура нагревания и время нахождения в печи обратно пропорциональны более низким температурам, обычно требующим большего времени пребывания в печи, и более высоким температурам, позволяющим использовать меньшее время нахождения в печи для достижения максимальной разрывной прочности. При температуре 480^oF (248,9^oC) время нахождения в печи должно быть не менее 12 с для получения заметного улучшения. Температура не менее 510^oF (265,6^oC) при времени нахождения в печи 20 - 30 с являются предпочтительными условиями, потому что они позволяют реализовать большинство преимуществ изобретения. Никакого преимущества не достигается при дальнейшем значительном увеличении времени нахождения в печи и/или при использовании значительно более высоких температур. Такие условия, например время нахождения в печи более 100 с, отрицательно влияют на стоимость способа и увеличивают возможность полимерной деструкции. Предпочтительные листы изобретения состоят, в основном, из 70 - 97 мас.% РРД-Т-хлопьев и 3 - 30 мас.% МРД-1-фибридов. Готовые листы имеют превосходную равномерность толщины по их ширине.

Методики испытаний для определения свойств бумаги являются следующими:
толщина - ASTM, метод Д-374,
разрывная прочность - ASTM, метод Д-1682-75,
прочность на раздир по Элмендорфу - ASTM, метод Д-689,
пористость по Герли Хиллд - TAPP 1, метод Т 460 m - 49.

Пример 1. Исходное бумажное сырье, использованное в данном примере, состояло из поли(p-фенилентерефталамид)ных коротких волокон (92% по массе) и поли(m-фениленизофталамидных)фибридов (8% по массе). Бумаги были каландрованы между нагретым (500^oF) (276,7^oC) с твердой поверхностью валком и упругодеформируемым валком при давлении 357 кг/см с линейной скоростью 25 ярдов (22,86 м) в 1 мин. Канадрованные листы, за исключением контрольных, были термообработаны, без приложения давления, в течение различных периодов времени при различных температурах при прохождении через печь. Время пребывания листов в печи определяется скоростью прохождения листов через печь. Температура определяется инфракрасным термометром на продукте непосредственно до выхода из печи.

Условия термообработки и измерения, выполненные на контрольных и термообработанных образцах, представлены в табл. 1.

Из приведенного видно, что способ термообработки изобретения обеспечивает увеличенную разрывную прочность, удлинение, работу разрушения и прочность на раздир по Элмендорфу при сниженной плотности и увеличенной пористости.

Пример 2. Бумага (листы), использованная в этом примере, была получена как описано выше, из поли(p-фенилентерефталамид)ного короткого волокна, поли(m-фениленизофталамид)ных фибридов и, в одном случае, кварцевых волокон. Пропорции ингредиентов и условия каландрования представлены в табл. 2. Каландр типа A был подобен каландру, использованному в примере 1, тогда как у каландра B оба валка являются валками с твердой поверхностью.

Каландованные бумаги, за исключением контрольных, термообрабатывались прохождением через печь или при загрузке вручную в печь с температурой и временем пребывания, варьирующимся, как показано в табл. 2. Термообработанные бумаги и контрольные были испытаны с определением базовой массы, толщины, разрывной пр, прочности на раздир по Элмендорфу и пористости. Полученные значения представлены в табл. 2.

Представленные в табл. 2 данные ясно показывают, что термообработка значительно увеличивает механические свойства (разрывная прочность, удлинение, работа разрушения, раздир) бумаги, а также увеличивает ее толщину (снижая ее плотность) и увеличивает ее пористость (меньшее число означает большее количество пор), что облегчает ее пропитку.

Улучшение разрывной прочности при термообработке наблюдается также для каландрованных листов, содержащих кварцевое волокно. Например, каландрованные листы из 48% по массе короткого поли(p-фенилентерефталамид)ного волокна, 20% по массе поли(m-фениленизофталамид)ных фибридов и 32% по массе кварцевого волокна, показали улучшение с 0,5 до 0,96 кг/см разрывной прочности в машинном направлении после термообработки при 315^oC в течение 30 с.

Способ предназначен для увеличения разрывной прочности и пористости каландрованной бумаги и может быть использован для производства подложек для электронных монтажных печатных плат. Повышенная прочность и пористость достигается термообработкой каландрованных листов из поли(р-фенилентерефталамид)ных коротких волокон и поли(m-фениленизофталамид)ных фибридов. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

\ \ \ 1 1. Способ увеличения разрывной прочности и пористости каландрованной бумаги, отличающийся тем, что бумага состоит из 45 - 97 мас.% поли(p-фенилентерефталамид)ных коротких волокон и из 3 - 30 мас.% поли(m-фениленизофталамид)ных фибридов, который заключается в нагревании бумаги, свободной от приложения давления, при температуре не ниже 249,9<198>C в течение не менее 12 с, но не более 100 с. \\\2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что бумага состоит в основном из 70 - 97% по массе короткого поли(p-фенилентерефталамид)ного волокна и 3 - 30% по массе фибридов. \\\2 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что бумага нагревается при температуре не ниже 265,6<198>C в течение 20 - 30 с. \\\2 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что бумага содержит до 35 мас.% кварцевого волокна.