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594固化劑在電子元件用單組分環氧膠的應用
2007-11-21

 

 1)原材料與配方(質量份)

   混合環氧樹脂(shell-828,環氧值為052;shell-1001,環氧值為0.51;F-51,環氧值為0.51):100

   594固化劑,2(β-二甲氨基乙氧基)-1,3,6,2-硼雜三噁辛環:12

   593固化劑(RCH2CHOHCH2NHR1NH2):3

   三乙醇胺(TEA):2

   混合填料:適量

   2)組分調整

   ①配方的篩選  實驗選用的固化劑594#是一種硼酸酯類的硼胺配合物,其結構為:

 

 

   它是一種潛伏型環氧樹脂固化劑。與其他固化劑相比,具有適用期長、揮發性小、沸點高、毒性小、黏度低、不易水解、與環氧樹脂混溶性好、固化物力學性能優良等優點,同時對金屬無腐蝕作用,符合單組分膠黏劑體系對固化劑的要求,但單純的594#固化劑固化溫度太高會對電子元件造成損害,限制了其在電子領域中更廣泛的應用。而且一般的胺類固化劑很難對594#體系產生明顯的促進作用。

   選擇三種配方。第一種是594#作為固化劑;第二種是594#作為主固化劑,EMI-24為促進劑;第三種是594#為主固化劑,TEA、593#為促進劑,分別與事先制備好的混合環氧樹脂及填料混合。對以上三種配方進行實驗對比,測定在150℃下的凝膠時間和固化時間。結果如表1-12所示。

1-12 不同固化劑組合對環氧樹脂體系固化過程的影響

固化劑體系

添加量/質量份

凝膠時間/min

膠層固化時間/min

594#

9

57

176

594#+EMI-24

9+0.5

72

195

594#+TEA+593#

9+3+2

19

30

 

   100質量份樹脂中的加入量,固化溫度為150℃。

   實驗結果表明,與采用單純的594#固化劑相比,以EMI-24作為促進劑的固化劑體系的凝膠和固化時間延長,且實驗中觀察到其貯存性能不佳。提高體系中EMI-24的含量,雖能縮短凝膠和固化時間,但其貯存期也大幅縮短。添加有促進劑TEA593#的固化劑體系,對環氧樹脂體系的凝膠和固化時間均明顯縮短,對固化過程的促進作用明顯優于第二種配方,能完全滿足在中溫下固化的工藝要求。

    ②膠黏劑的固化性能及固化條件確定  凝膠時間和固化時間是評價膠黏劑在一定溫度下固化速度的重要指標。對第一、第三兩種固化體系在不同的固化溫度下進行凝膠和固化試驗。固化前,在70℃先進行30min的預固化,以避免膠黏劑固化時因反應過于激烈而導致流膠,試驗結果見表1-13。

1-13 固化溫度對膠黏劑固化的影響

固化溫度

凝膠時間/min

固化時間/min

594#

594#+TEA,593#

594#

594#+TEA,593#

110

未凝膠

44

未固化

U5

130

未凝膠

25

未固化

23

150

57

19

176

30

 

   通常的環氧樹脂和594#體系在170℃下能在30min內固化,而在更低的溫度下無法快速凝膠和固化。實驗中也發現,在中溫范圍內,未添加促進劑的594#體系在110℃和130℃時長時間不凝膠和固化,150℃下凝膠和固化時間都較長;而添加了促進劑的594#體系在110150℃內,凝膠時間和固化時間呈明顯的遞減趨勢。150℃時,膠黏劑能在30min內固化。

   3)制備方法

   準確稱取樹脂,均勻混合,加入適量固化劑、混合填料等,充分研磨,混合成膠。

   4)性能與評價

   ①性能

   對兩個體系膠黏劑的力學性能進行比較。結果見表1-14。

1-14  兩個體系膠黏劑力學性能

固化溫度/

剪切強度/MPa

180°剝離強度/N·cm-1

594#

594#+TEA,593#

594#

594#+TEA,593#

110

-

2.4

-

12.9

130

-

3.2

-

10.1

150

2.5

-2.8

18.4

22.1

170

2.6

2.4

21.0

19.4

   注:表中數據的破壞類型均為材料破壞。

   在相同的固化溫度下,兩種體系粘接強度均大于材料破壞強度。添加促進劑的固化體系在110150℃時達到最大。其粘接性能也明顯優于單一594#體系的粘接性能。

   膠黏劑固化工藝為:70℃×30min+150℃×30min。

   -15℃、密封保存7個月后對膠黏劑的黏度、剪切和剝離強度進行測定。試驗結果見表1-15。

1-15  膠黏劑的貯存性能

貯存時間/

外 觀

黏度/Pa·s

剪切強度/MPa

180°剝離強度/N·cm-1

0

未凝膠,無沉淀

75.8

2.8

22.1

7

未凝膠,無沉淀

194.5

2.6

21.1

   注:表中數據的破壞類型均為材料破壞。

   由表1-15可知,7個月后膠黏劑仍有較好的施工性能,且剪切和剝離強度的變化不明顯,黏度雖然增加,但未出現凝膠、沉淀和外觀變化,仍保持了良好的操作性能。

   ②評價

   a.在環氧樹脂和594#潛伏型固化劑體系中加入TEA、593#固化劑作為固化促進劑,能較大幅度地降低體系的固化溫度,滿足了膠黏劑在常溫下涂膠、150℃下固化的使用要求,且具有良好的貯存性能和粘接強度。

   b.本膠黏劑操作簡便,固化工藝為75℃×30min+150℃×30min。

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