超临界CO2 发泡法制备低介电长支链聚芳酯泡沫及其优异阻燃性能研究

为满足5G高频高速通信对低介电材料的需求，研究人员通过长链支化改性剂ADR优化聚芳酯(PAR)的流变与发泡性能，采用超临界CO2 发泡技术制备出密度0.364 g/cm3、介电损耗仅0.00217的泡沫材料，兼具优异机械强度与阻燃性，为电子基材开发提供新思路。

　　

随着5G通信技术向高频段（FR2: 24.25-71.0 GHz）发展，信号传输损耗与延迟问题日益突出，其核心挑战在于基板材料的介电常数(D_k
)和介电损耗(D_f
)过高。传统解决方案如添加膨胀微球(EMs)虽能提升孔隙率，却因易燃性和界面极化效应导致性能劣化。在此背景下，华东理工大学的研究团队创新性地选用聚芳酯(PAR)为基体，通过长链支化改性与超临界CO₂
发泡技术，成功开发出兼具低介电、高机械强度与优异阻燃性的泡沫材料，相关成果发表于《The Journal of Supercritical Fluids》。

研究团队采用环氧扩链剂ADR对PAR进行熔融接枝改性，利用转矩流变仪构建长链支化结构；通过差示扫描量热法(DSC)和旋转流变仪分析材料热力学与流变特性；采用超临界CO₂
动态发泡装置制备泡沫，并系统测试其介电性能（1MHz矢量网络分析仪）、阻燃性（极限氧指数LOI）及吸水率。

【反应机制】
ADR通过环氧基团与PAR的羧基发生开环反应，形成星型长链支化结构（图1a）。核磁共振(FTIR)证实酯键生成，凝胶渗透色谱(GPC)显示分子量分布指数从2.1增至2.8，验证支化成功。

【性能表征】
改性后PAR的玻璃化转变温度(T_g
)降低5°C，但储能模量提升3倍（流变测试）。这种"刚性骨架-柔性支链"结构使熔体弹性提高10倍，为气泡成核提供能量屏障。

【发泡行为】
在10MPa/150°C条件下，改性PAR泡沫密度达0.364 g/cm3，泡孔尺寸10μm且分布均匀（SEM观测）。相比线性PAR，其发泡温度窗口拓宽20°C，归因于支化结构抑制气泡合并。

【应用性能】
泡沫的D_f
低至0.00217（较实体PAR降低82%），LOI值32.5（UL-94 V-0级），吸水率<0.3%。弯曲强度保持15MPa，满足电子基板机械需求。

该研究通过分子设计实现了PAR介电-力学-阻燃性能的协同优化，其创新点在于：①首次将超临界发泡技术应用于PAR的高频介电改性；②揭示长链支化结构通过增强熔体弹性调控泡孔演变的机制；③开发出综合性能优于PI（聚酰亚胺）和PVDF（聚偏氟乙烯）的轻量化基材。这项工作为5G通信设备的小型化与高可靠性提供了材料解决方案，同时拓展了超临界流体技术在工程塑料改性中的应用边界。