常溫固化型耐水煮環氧灌封膠的研發

鄧濤 玄立超 劉其

摘 要：以自制的改性環氧和變性聚胺為主體樹脂和固化劑，成功制備了一種耐85循環和耐水煮效果優秀的常溫固化型環氧灌封膠。研究結果表明：改性后的環氧灌封，85循環1000h后剪切強度提升約150%，沸水煮7d以后，其絕緣電阻仍然能達到1010Ω以上，同時漏電起痕指數≥600V，耐-30～120℃循環500次以上，是一款常溫固化高性能的環氧灌封膠。

關鍵詞：85循環;耐水煮;環氧;灌封膠

中圖分類號：TQ436 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）08-0022-04

Research and Development of Room Temperature Curing Boiling-resistant Epoxy Pouring Sealant

Deng Tao， Xuan Li chao， Liu Qi

（Zhejiang Guosen Fine Chemical Technology Co.， Ltd.， Anji? 313310， China）

Abstract：Using self-made modified epoxy and denatured polyamine as main resin and curing agent， a kind of curing epoxy potting sealant with good resistance to 85 cycles and water boiling was successfully prepared. The results show that the modified epoxy potting， 85 cyclic shear strength increase by about 150% after 1000 h， boiling water after seven days of its insulation resistance can reach more than 1010Ω， still tracking index 600 v or more at the same time， the resistance -30～120℃ circulating more than 500 times， is a room temperature curing epoxy pouring sealant with high performance.

Key words：85 cycles; boiling water resistance; epoxy; pouring sealant

0 引言

灌封是環氧樹脂的一個重要應用領域。已廣泛地用于電子器件制造業，是電子工業不可缺少的重要絕緣材料。它的作用是：強化電子器件的整體性，提高對外來沖擊、震動的抵抗力;提高內部元件、線路間絕緣，有利于器件小型化、輕量化;避免元件、線路直接暴露，改善器件的防水、防潮性能[1]。

電子灌封膠的吸濕是影響其應用性能最為敏感問題之一，尤其是在高濕地區以及特殊工作環境，元器件因為基體吸水后導致介電性能下降，從而容易引發電擊穿和起痕燒蝕等現象并造成設備故障[2]。

潮濕空氣對材料的絕緣性能產生影響的主要原因是水分子有較小的幾何尺寸及不良的介電性能。水是導電體，它的介電常數（ε）為78～81，體積電阻率（ρ）為104～107Ω·cm。

水分子直徑（約為0.3nm）比一般毛細孔直徑（為0.1～10nm）小，很易滲進毛細孔。另外，水分子具有較強的極性，對極性材料的吸濕性很強，而作為電子電器用膠黏劑的組成材料卻多為極性的。[3]

由此，可判斷水分子進入元器件的途徑有2條： ①從樹脂本身滲透過去;②從樹脂和引線、框架的粘結界面處浸入。

基于以上，因為其電子元器件的應用場合長期處于濕熱環境，要求此類膠材常溫固化完全后水煮168h后電阻值仍然達到1010Ω以上的要求，而國內市面上目前沒有滿足這一條件的膠材，本研究開發了一款常溫固化、韌性好、耐水煮、操作性佳、對PBT、PVC、銅管等基材接著強度優良的灌封膠。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

標準型雙酚A環氧樹脂NPEL-128，環氧當量EEW184～190（g/eq），南亞環氧樹脂有限公司;環氧改性樹脂（EA-2），工業級，環氧當量EEW200～220（g/eq），浙江國森精細化工科技有限公司;1，6-己二醇二縮水甘油醚LITE513，環氧當量EEW350～425（g/eq），美國卡德萊;環氧黑色漿（EA-3），工業級，環氧當量EEW200～220 （g/eq），浙江國森精細化工科技有限公司;有機硅系消泡劑BYKA530，德國畢克;硅微粉BO3-2，連云港華威硅微粉有限公司;疏水性氣相法二氧化硅R202，德固賽;KH560，南京曙光硅烷化工有限公司;變性聚胺（EB-1），工業級，活潑氫當量76;改性脂肪胺（EB-2），工業級，活潑氫當量90，浙江國森精細化工科技有限公司。

1.2 實驗儀器

SDF1100實驗室分散砂磨機，蘇州奇樂電子科技有限公司;LVDV-E粘度計，美國BROOKFIELD公司;DMG-9038A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司;ZC-90G高絕緣電阻測量儀，上海太歐電子有限公司;AR1140電子天平，OHAUS;MHPB-64-2C可程式恒溫恒濕試驗機，MENTEK;WDT-30微機控制電子萬能試驗機，深圳凱強利試驗儀器有限公司。

1.3 灌封膠的配制

按表1的配方依次準確稱取原料于混料罐中，在1000r/min的攪拌速度下，一邊攪拌一邊加料，料加完后，以1500r/min的轉速依工藝條件規定強力攪拌所需的時間。如此即可制得所設定配方、工藝條件的灌封膠A組份，顏色為黑色。

B組份按表2進行分裝即可。

1.4 環氧灌封膠的使用方法

將A劑和B劑按設定的質量比計量，混合均勻，真空脫泡后進行灌封，灌封前A劑可適量加熱至50℃，有利于降低配方混合后的粘度，提高消泡性、流動性以及浸潤滲透的效果。

1.5 測試方法

粘度測試：依照GB/T 2794-1995 標準對膠粘劑的粘度進行測試，單位mPa·s。

可使用時間測試：依GB/T7123.1-2002標準對膠粘劑的可使用時間進行測試，單位min。

浸水后電阻值測試：對電子元器件進行灌封，固化后按要求行浸水后進行電阻測試，要求電阻值≥1010Ω以上。

水煮實驗：將材料置于100℃沸水煮，要求水位液面完全浸沒材料。

85循環測試：制作標準剪切樣塊，置于設定溫度85℃、濕度85%的恒溫恒濕箱中，按設定時間取出后，測試相關性能。

體積電阻率測試：依照GB/T1410-2006制作樣塊，并測試體積電阻率，單位為Ω·cm。

漏電起痕指數：依照IEC60112進行測試。

剪切強度：依照GB/T7124-2008測試剪切強度，單位為MPa。

2 結果與討論

這里比較了兩類灌封膠的特性，其中1號配方（A-1：B-1=4：1）為常規通用型灌封膠配方，而2號配方（A-2：B-2=4：1）是針對客戶的耐水煮需求，通過對環樹脂和固化劑進行改性，提升了對PVC基材的粘接性，并兼具柔韌性和疏水性。

A-2配方中所用的EA-2環氧樹脂經過改性，可有效浸潤PVC基材，液態膠黏劑分子由于布朗運動或鏈段遷移向PVC表面擴散，使界面極性基團或鏈節相互靠近，產生相互擴散現象，從而提高了粘接強度。

B-1中所采用的EB-1自制固化劑具有粘度低，韌性好、操作時間長等特點，是通用灌封膠所使用的B劑原料。B-2中所采用的EB-2自制改性脂肪胺類固化劑，這是因為脂肪族多元胺固化物由于具有-C-N-鍵，其粘接性、堿性及耐水性均優良[4]，同時減少了固化后分子結構中的極性基團如易吸水的羥基、醚鍵等[5]，這使得固化物分子結構中既含有芳香環結構又含碳-碳長鏈結構，又含有促進低溫固化的活性基團，因此該固化劑既具有足夠的韌性和粘接強度，又具備良好的耐溫耐腐蝕性能，即使低溫0℃仍能達到較高的交聯密度。

2.1 不同配方粘度的比較

膠材的粘度會影響到灌封時對元器件滲透和浸潤性，合適的粘度屬性會使膠材固化后獲得更好消泡性和絕緣性。

由表3（1）和表3（2）可以看出，2號配方因為樹脂和固化劑經過改性，其自身和混合后的粘度都較1號配方偏高，但是這種差異在實際生產過程可以通過抽真空、預加熱等工藝進行改善。

2.2 不同配方對基材接著強度的影響

對客戶提供的元器件進行解剖，發現它們通常采用的材料有銅管、鋁片、PVC引線、PBT、PPE塑料等，其中以塑料和引線部分較為難粘，也是在水煮條件下結合界面最易滲水的部位。

從表4和表5可以看出，經過改性的2號配方，在大多數材料上的粘接強度較常規的1號配方都略有下降，而對PVC材質的粘接強度卻有大幅度改善。

2.3 不同配方吸水率的比較

通過前言，了解到水分進入元器件的途徑之一是通過膠材自身滲入，因而吸水率是衡量膠材疏水效果的重要指標。

通過表6可知，2號配方在疏水效果方面明顯優于1號配方，尤其是在水煮條件下，仍能維持較低的吸水率。

2.4 不同配方水煮后浸水測試電阻值的變化

因客戶元器件的工作環境為濕熱環境，因此需要重點評估灌封好的電子元器件在高溫高濕條件下，浸水后測試的絕緣電阻為重要的參考依據，此處設定水煮168h后1000V電壓下通電測試，元器件的電阻值≥1010Ω為合格目標。

通過表7可以看出，1號配方在水煮1d后，電阻值呈明顯的下降趨勢，4d后失效。而2號配方，在水煮7d內電阻值保持穩定，在15d后才會失效，滿足客戶的水煮需求。

2.5 不同配方對固化后性能比較

由表8的結果可知，2號配方除了在耐水煮方面性能優于1號配方，同時，CTI能做到600V以上，韌性和內聚強度高。耐冷熱沖擊方面，1號和2號配方實驗都能做到-30～120℃循環400次以上不脫膠不開裂，并滿足ROHS、REACH環保要求。

2.6 最佳配方85循環實驗以及水煮168h強度測試

由表9結果表明，2號配方耐雙85循環性能優異，其剪切強度經過85循環1000h實驗后不降反升，推斷原因可能是配方耐濕熱性能優異，高溫實驗條件使得配方后固化交聯密度提升所致。另外，經過85循環，其浸水后的電阻也一直符合≥1010Ω的標準設定，并未有明顯的下降趨勢。

3 結語

（1）通過對環氧樹脂和脂肪胺固化劑的改性，2號改善配方對PVC引線接著強度以及疏水性，固化后成品耐濕熱效果得到明顯提升，無論是水煮還是85循環實驗，其接著強度和絕緣性能都有較高的可靠性。

（2）通過改善后，2號配方具有更好的柔韌性和內聚強度，CTI指數更是提升到600V以上，能夠滿足大電壓下的元器件灌封用途。

（3）2號配方目前已通過ROHS、REACH環保要求，可以滿足出口的安全性需要。

參考文獻

[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]李亞豐，姚學玲. 絕緣封裝用環氧樹脂固化物的濕熱老化特性[P]. CN 108753228 A. 2018.11.06.

[3]肖衛東等.電子電器用膠黏劑 [M]. 北京：化學工業出版社，2004：21.

[4]陳平，劉勝平，王德中. 環氧樹脂及其應用 [M]. 北京：化學工業出版社，2011：42.

[5]趙渠森.先進復合材料手冊[M]. 北京：機械化工出版社，2003.