硅微粉填料的種類(lèi)對(duì)環(huán)氧灌封材料性能的影響

崔向紅

（黑龍江省化工研究院，黑龍江 哈爾濱 150078）

環(huán)氧膠粘劑具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和耐化學(xué)藥品性能，在航天、航空、機(jī)械、電子電氣和其它領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。由于純的環(huán)氧樹(shù)脂具有質(zhì)脆、收縮大、耐熱性能差、膨脹系數(shù)大不能與基體匹配，因此需要加入增韌劑、填料等對(duì)其進(jìn)行改性以提高綜合性能，滿(mǎn)足特殊環(huán)境下對(duì)高性能灌封材料的需求。

本文是以環(huán)氧樹(shù)脂為基體材料，添加活性增韌劑、稀釋劑、活性填料等助劑，在一定的工藝條件下制成，該膠粘度適中，可操作時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)械加工性能優(yōu)良，經(jīng)高低溫循環(huán)沖擊后不開(kāi)裂。探討填料的加入對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂灌封材料性能的影響。

在環(huán)氧樹(shù)脂中使用填料的目的主要有以下幾個(gè)方面：

（1）降低成本；（2）抑制反應(yīng)熱；（3）延長(zhǎng)樹(shù)脂混合物的適用期；（4）降低樹(shù)脂固化物的收縮性；（5）改善樹(shù)脂固化物的耐熱性；（6）降低樹(shù)脂固化物的熱膨脹系數(shù)等。

使用填料時(shí)，必須根據(jù)使用要求加以選擇，應(yīng)從以下方面加以考慮：

（1）從化學(xué)角度，填料必須是中性或弱堿性的，不含結(jié)合水，對(duì)環(huán)氧基和固化劑為惰性，對(duì)液體或氣體的吸附性要很低；

（2）從操作應(yīng)用角度看，填料粒度適宜，易于分散，應(yīng)與樹(shù)脂等有良好的親和性，以保證粘接強(qiáng)度的改善，必要時(shí)要進(jìn)行粒度搭配，在膠液中沉降性小；

（3）填料應(yīng)經(jīng)過(guò)干燥和清洗，不得有水、油污、雜質(zhì)等，特殊的需要經(jīng)過(guò)表面處理等；

（4）填料應(yīng)無(wú)毒、不易分解、非易燃易炸的勻質(zhì)固體物。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原材料及設(shè)備

環(huán)氧樹(shù)脂E-51（無(wú)錫樹(shù)脂廠(chǎng)）；環(huán)氧樹(shù)脂增韌劑A（工業(yè)品）；硅微粉80PHR（連云港東海博泰硅微粉有限公司）；600目活性硅微粉（連云港東海博泰硅微粉有限公司）；活性稀釋劑（工業(yè)品）；促進(jìn)劑（自制）。

三輥研磨機(jī)；電子拉力試驗(yàn)機(jī)。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

將環(huán)氧樹(shù)脂中加入活性增韌劑A、硅微粉填料攪拌均勻，經(jīng)過(guò)三輥研磨機(jī)研磨后制成A組分，按配方計(jì)算量稱(chēng)取A組分，并真空脫凈氣泡后加入計(jì)量好的固化劑和促進(jìn)劑混合均勻并真空脫凈氣泡后澆注到已預(yù)先處理好的模具內(nèi)，按一定固化條件進(jìn)行固化后制得樣品。

主要工藝流程如下：

2 結(jié)果與討論

硅微粉是一種無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染的無(wú)機(jī)非金屬材料。由于它具備耐溫性好、耐酸堿腐蝕、導(dǎo)熱性差、高絕緣、低膨脹、化學(xué)性能穩(wěn)定、硬度大等優(yōu)良的性能，被廣泛用于化工、電子、集成電路（IC）、電器、塑料、涂料、高級(jí)油漆、橡膠、國(guó)防等領(lǐng)域。

我們采用相同的配方工藝，分別用普通硅微粉與活性硅微粉對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行增韌增強(qiáng)改性，對(duì)固化物的性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 固化物性能對(duì)比Tab.1

由表1結(jié)果可見(jiàn)，活性硅微粉通過(guò)其獨(dú)特的偶聯(lián)劑處理工藝，采用硅烷等材料對(duì)硅微粉顆粒表面進(jìn)行改性處理，增強(qiáng)了硅微粉的憎水性能，提高了混合料及填充系統(tǒng)的機(jī)械、電子和化學(xué)特性。

2.1 硅微粉類(lèi)別對(duì)凝膠時(shí)間的影響

凝膠時(shí)間是指從液體向固化轉(zhuǎn)化的過(guò)程，是環(huán)氧樹(shù)脂固化的一個(gè)重要表象，從開(kāi)始反應(yīng)到膠體趨向固體時(shí)的臨界狀態(tài)的時(shí)間為凝膠時(shí)間，它由環(huán)氧樹(shù)脂膠的混合量、溫度等因素決定。普通硅微粉與活性硅微粉對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂體系增韌后對(duì)凝膠時(shí)間基本沒(méi)有影響。

2.2 硅微粉種類(lèi)對(duì)固化物電性能的影響

體積電阻率是評(píng)價(jià)環(huán)氧樹(shù)脂灌封密封材料電性能的重要指標(biāo)之一，是指通過(guò)材料厚度的電阻值，是表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個(gè)重要指標(biāo)，電阻率愈大，絕緣性能愈好。從測(cè)試結(jié)果可知，活性硅微粉對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂增韌后體積電阻率大幅度提高。這是因?yàn)楣栉⒎劢?jīng)表面處理活化后，使得填充灌封材料的體積電阻率獲得進(jìn)步。由于經(jīng)偶聯(lián)劑處置后，硅微粉外表由親水性變成憎水性。環(huán)氧樹(shù)脂的潤(rùn)濕性提高，填料與樹(shù)脂之間經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑化學(xué)鍵聯(lián)系，活性硅微粉使灌封材料的電功能大幅度提高。

2.3 硅微粉種類(lèi)對(duì)固化物力學(xué)性能的影響

硅微粉對(duì)體系具有增強(qiáng)的作用，在外力作用下，硅微粉應(yīng)力集中，可吸收能量從而起到改善力學(xué)性能的作用，但硅微粉加入量達(dá)到一定程度后，力學(xué)性能反而降低，這是因?yàn)殡S著填料量的增大體系粘度增加，分散不均勻，產(chǎn)生團(tuán)聚沉降現(xiàn)象，使得力學(xué)性能也會(huì)隨著降低，因此，要調(diào)整硅微粉的用量以保證較高的力學(xué)強(qiáng)度。

工藝上，我們采用先加基體樹(shù)脂混合均勻后再逐漸加硅微粉混勻后通過(guò)三輥研磨機(jī)進(jìn)行研磨使得硅微粉與基體樹(shù)脂更好的混合。

2.4 填料粒徑對(duì)固化物性能的影響

從理論上說(shuō)，硅微粉粒徑越小，越有利于填充。但實(shí)際在制作工藝中，硅微粉越細(xì)，越容易結(jié)團(tuán)，不容易分散，填料在基體樹(shù)脂中分散不均，必須提高溶劑的用量；但如果粒徑太大，在混膠及上膠過(guò)程中易產(chǎn)生沉降，施工時(shí)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的浸漬性變差，填料的分布也會(huì)不均勻。所以從工藝角度來(lái)講，選擇一個(gè)合理的粒徑范疇，是一個(gè)很重要的參數(shù)。

我們選擇600目的活性硅微粉。

3 結(jié)論

普通硅微粉與活性硅微粉對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂灌封膠均具有增韌增強(qiáng)作用，但活性硅微粉經(jīng)表面處理后能與樹(shù)脂、固化劑反應(yīng)交聯(lián)從而提高環(huán)氧樹(shù)脂固化物的性能。