改性劑對環氧灌封膠性能的影響

李堅輝， 張緒剛， 張 斌， 薛 剛

（黑龍江省科學院 石油化學研究院,黑龍江 哈爾濱 150040）

改性劑對環氧灌封膠性能的影響

李堅輝， 張緒剛， 張 斌， 薛 剛

（黑龍江省科學院 石油化學研究院,黑龍江 哈爾濱 150040）

研究了增韌劑、稀釋劑及促進劑對環氧灌封膠性能的的影響。以聚氨酯為增韌劑，斷裂伸長率較未增韌體系提高80.8%；以502樹脂為稀釋劑，降低了體系黏度，對斷裂伸長率和模量影響不大，斷裂強度稍有降低，但剪切強度有所提高，沖擊強度則可提高53.1%；以間苯二酚為固化促進劑縮短了剪切強度達到峰值的時間，且峰值強度略有增加。

環氧；灌封；聚氨酯；增韌；稀釋劑；固化促進劑

前 言

由于環氧樹脂具有優異的電絕緣性、耐熱、耐腐蝕、機械性能和電性能，且尺寸穩定、密封性好，被廣泛用于電力互感器、變壓器等電器的澆鑄、電子電器的灌封等[1]。尤其是近十年來環氧灌封材料的應用越來越廣泛，為了滿足未來航空、電子等高技術領域對灌封器件的高性能化、封裝技術的高密度化的要求，對灌封材料也提出了越來越高的要求，因此，對環氧灌封材料進行研究具有重要的現實意義。國內外就環氧樹脂的增韌[2-4]和提高耐熱性[5-7]等方面做了很多工作。

本文考察了幾種改性劑對常溫固化型環氧灌封膠體系的影響，以聚氨酯預聚體為增韌劑，并使用502環氧樹脂稀釋劑降低灌封膠體系黏度，改善了工藝性能。

1 實驗部分

1.1 原材料

E-51環氧樹脂：藍星新材料無錫樹脂廠；聚氨酯預聚體：自制；改性胺類固化劑：自制；間苯二酚：日本住友；環氧氯丙烷：上海樹脂廠；聚醚303：南京化工廠；503稀釋劑：上海樹脂廠；600稀釋劑：上海樹脂廠；502稀釋劑：上海樹脂廠；二丁酯：廣州市崇文化工有限公司。

1.2 測試方法

剪切強度：按GB7124-86執行；

拉伸強度：按GB2568-81執行；

沖擊強度：按GB2571-81執行。

1.3 環氧灌封膠的制備

主體樹脂為E-51環氧樹脂，加入環氧樹脂質量5%的增韌劑。攪拌混合均勻，升溫至100℃后保溫1h，加入1%的二丁基二月桂酸錫，保溫1h后趁熱出料，自然冷卻。冷卻后加入環氧樹脂質量0.5%的固化促進劑，混合均勻即為甲組分。乙組分為改性胺類固化劑。甲組分與乙組分比例為2∶1。

2 結果與討論

2.1 增韌劑對灌封膠性能的影響

2.1.1 增韌劑對灌封膠粘接性能的影響

增韌劑的種類和用量對灌封膠性能影響很大。增韌劑的加入量為環氧樹脂的5%時，不同增韌劑改性環氧體系粘接性能的數據如表1所示。由二丁酯改性的環氧體系剪切強度下降很大，比改性前降低了6.3%，改性效果并不理想；由303改性的環氧體系剪切強度略有所下降，降低了0.7%；由聚氨酯改性的環氧體系剪切強度比改性前有所提高，提高了31.7%，增韌改性效果較好。

表1 增韌劑改性環氧體系粘接性能Table 1 The adhesion properties of epoxy systems modified by different toughening agents

2.1.2 增韌劑對灌封膠力學性能的影響

以聚氨酯、303、二丁酯為增韌劑，其對拉伸性能和沖擊強度的影響見表2。從表2中可以看出：由聚氨酯、303、二丁酯增韌改性后的環氧體系，與純環氧樹脂比較拉伸強度均有不同程度的下降。聚氨酯改性環氧樹脂比改性前降低了16.2%，303改性降低了26.0%，而由二丁酯改性后的強度下降不大，只降低了2.4%。增韌改性后斷裂伸長率均有所提高，由303改性環氧體系斷裂伸長率提高了29.7%；二丁酯改性環氧體系提高了37.9%；聚氨酯改性環氧樹脂體系斷裂伸長率則提高了80.8%。增韌劑改性后的沖擊強度均較改性前有較大幅度的提高。由二丁酯、303和聚氨酯改性環氧樹脂分別較純環氧樹脂提高了53.1%、61.2%和83.6%，提高幅度較大。

綜合比較三種增韌劑各種力學性能和粘接性能數據可以看出：由聚氨酯增韌環氧體系效果較好。

表2 不同增韌劑改性環氧體系力學性能Table 2 The mechanical properties of epoxy systems modified by different toughening agents

2.2 稀釋劑對灌封膠性能的影響

2.2.1 稀釋劑對灌封膠粘接性能的影響

由于環氧樹脂的黏度較大，對灌封不利，為此選擇在聚氨酯增韌環氧體樹脂體系中加入稀釋劑，以降低膠黏劑的黏度。本文選擇環氧氯丙烷、502、503和600這四種稀釋劑，分別研究它們對主固化體系粘接性能的影響。數據如表3所示。用環氧氯丙烷和600稀釋劑的環氧體系，其剪切強度都下降，分別比未加稀釋劑前降低10.1%和8.9%，稀釋后粘接效果變差。以503和502為稀釋劑的環氧體系，分別比未加稀釋劑前提高5.8%和1.6%，改性效果較好。

表3 稀釋劑改性環氧體系粘接性能Table 3 The adhesion properties of epoxy systems modified by different diluents

2.2.2 稀釋劑對灌封膠力學性能的影響

稀釋劑對拉伸性能和沖擊強度的影響見表4。環氧氯丙烷、503、600和502改性后的拉伸強度強度都有不同程度的降低，分別降低了30.9%、31.6%、25.9%和17.1%。環氧氯丙烷、503、600稀釋劑改性后體系的斷裂伸長率比改性前有較大的降低，分別降低了39.7%、12.6%和5.3%；502改性的略有提高，提高了1.7%，所以502改性后的環氧體系韌性較大。對沖擊強度的影響相比較可知：由環氧氯丙烷、503改性的沖擊強度要低于改性前體系的強度，分別降低了7.5%和37.0%，改性效果不好；而由600和502改性的體系有不同程度提高，分別提高了3.9%和53.1%。綜合以上四種稀釋劑對環氧體系力學性能的影響，可以得到以下結論：由502改性的環氧體系其綜合力學性能相對較好，符合灌封工藝的要求。

表4 稀釋劑改性環氧體系力學性能Table 4 The mechanical properties of epoxy systems modified by different diluents

2.2.3 稀釋劑用量對灌封膠粘接性能的影響

502稀釋劑的用量對環氧體系剪切強度影響如表5所示。隨著稀釋劑用量的增加，整體的粘接強度有所下降。

表5 稀釋劑用量對環氧體系粘接性能的影響Table 5 The influence of diluents content on the adhesion properties

由于稀釋劑量的不斷增加，不僅使環氧體系的黏度下降，但降低了體系的交聯度和固化率，使得膠黏劑分子鏈變短，相對分子質量降低，從而降低了體系的固化強度。

2.3 促進劑對灌封膠粘接性能的影響

在改性環氧體系中加入促進劑間苯二酚，考察了在室溫條件下固化8h、16h、24h、48h及72h時其不同用量對固化體系粘接性能的影響。如表6所示，促進劑的加入量為0時，剪切強度隨著固化時間的增加而不斷提高，在48h出現峰值；促進劑的加入量為0.25%和0.50%時，其剪切強度較促進劑加入量為0時均有一定提高，體系剪切強度在48h時都達到峰值，且峰值分別比改性前提高了2.6%、3.0%，在48h后體系剪切強度隨著固化時間的增加而稍有下降。

表6 促進劑改性環氧體系粘接性能Table 6 The adhesion properties of epoxy systems modified by different curing accelerators

促進劑的加入量為0.75%和1.00%的環氧體系，其剪切強度比促進劑加入量為0時有較大的提高，分別在24h時達到峰值，且峰值分別提高了3.3%、6.8%，但達到48h后的剪切強度有所下降，隨著固化時間的增加，強度基本不再變化。

3 結 論

（1）對于增韌劑改性的環氧樹脂灌封膠，從粘接性能和力學性能綜合來看，聚氨酯改性的效果較好，雖拉伸強度稍有下降，但剪切強度提高了31.7%，斷裂伸長率和沖擊強度分別提高了80.8%和83.6%。

（2）環氧樹脂灌封膠體系中加入稀釋劑既可降低體系黏度，同時可以延長體系的適用期，但不同的稀釋劑給環氧灌封體系性能帶來不同的影響。其中以502為稀釋劑時，雖然體系沖擊強度提高了53.1%，剪切強度和斷裂伸長率變化不大，但拉伸強度降低17.1%，且隨著稀釋劑用量的增加體系剪切強度也持續降低。

（3）體系中適量使用促進劑可縮短剪切強度達到峰值的時間，且強度的峰值略有增高。

（4）以聚氨酯為增韌劑，502為稀釋劑，間苯二酚為促進劑的環氧灌封膠體系粘接性能及力學性能優良。

［1］孫曼靈.環氧樹脂應用原理與技術［M］.北京：機械工業出版社,2002：435.

［2］付東升,張康助,孫福林,等.電器灌注用環氧樹脂的研究進展［J］.絕緣材料,2003，（2）：30～33.

［3］石耀剛,王建華,趙小東.低黏度環氧灌封膠的研制及應用［J］.粘接,2006，27（2）：55～56.

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The Effect of Modifier on the Properties of Epoxy Encapsulants

LI Jian-hui,ZHANG Xu-gang,ZHANGBin and XUE Gang
（ Institute of Petrochemistry，Heilongjiang Academy of Science，Harbin 150040，China）

The influence of toughening agents,diluents and curing accelerators on the properties of epoxy encapsulant was researched.With using polyurethane as toughening agents,the elongation at break of this system increased by 80.8%than the one without toughening agents.When the 502 resin was added as the diluent,the viscosity of system was lower.The diluent had little effect on the elongation at break and modulus of the system,and the breaking strength slightly reduced.But the shear strength increased a little,the impact strength increased by 53.1%.The resorcinol was added into the system as the curing accelerator,which could reduce the time of the shear strength to achieve its peak.And the peak intensity increased slightly.

Epoxy;encapsulant;polyurethane;toughening;diluent;curing accelerator

TQ436.6

A

1001-0017（2012）05-0033-03

2012-05-08

李堅輝（1981-），男，黑龍江東寧人，助理研究員，從事高分子膠黏劑的研發與生產。