硅微粉填料的種類對環(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、填料等對其進行改性以提高綜合性能，滿足特殊環(huán)境下對高性能灌封材料的需求。

本文是以環(huán)氧樹脂為基體材料，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，可操作時間長，機械加工性能優(yōu)良，經(jīng)高低溫循環(huán)沖擊后不開裂。探討填料的加入對環(huán)氧樹脂灌封材料性能的影響。

在環(huán)氧樹脂中使用填料的目的主要有以下幾個方面：

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

使用填料時，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，對環(huán)氧基和固化劑為惰性，對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)與樹脂等有良好的親和性，以保證粘接強度的改善，必要時要進行粒度搭配，在膠液中沉降性??；

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

（4）填料應(yīng)無毒、不易分解、非易燃易炸的勻質(zhì)固體物。

1 試驗部分

1.1 主要原材料及設(shè)備

環(huán)氧樹脂E-51（無錫樹脂廠）；環(huán)氧樹脂增韌劑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）；促進劑（自制）。

三輥研磨機；電子拉力試驗機。

1.2 試驗內(nèi)容

將環(huán)氧樹脂中加入活性增韌劑A、硅微粉填料攪拌均勻，經(jīng)過三輥研磨機研磨后制成A組分，按配方計算量稱取A組分，并真空脫凈氣泡后加入計量好的固化劑和促進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

硅微粉是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料。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、高級油漆、橡膠、國防等領(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環(huán)氧樹脂進行增韌增強改性，對固化物的性能進行對比，結(jié)果見表1。

表1 固化物性能對比Tab.1

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

2.1 硅微粉類別對凝膠時間的影響

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

2.2 硅微粉種類對固化物電性能的影響

體積電阻率是評價環(huán)氧樹脂灌封密封材料電性能的重要指標(biāo)之一，是指通過材料厚度的電阻值，是表征電介質(zhì)或絕緣材料電性能的一個重要指標(biāo)，電阻率愈大，絕緣性能愈好。從測試結(jié)果可知，活性硅微粉對環(huán)氧樹脂增韌后體積電阻率大幅度提高。這是因為硅微粉經(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)氧樹脂的潤濕性提高，填料與樹脂之間經(jīng)過偶聯(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 硅微粉種類對固化物力學(xué)性能的影響

硅微粉對體系具有增強的作用，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，但硅微粉加入量達到一定程度后，力學(xué)性能反而降低，這是因為隨著填料量的增大體系粘度增加，分散不均勻，產(chǎn)生團聚沉降現(xiàn)象，使得力學(xué)性能也會隨著降低，因此，要調(diào)整硅微粉的用量以保證較高的力學(xué)強度。

工藝上，我們采用先加基體樹脂混合均勻后再逐漸加硅微粉混勻后通過三輥研磨機進行研磨使得硅微粉與基體樹脂更好的混合。

2.4 填料粒徑對固化物性能的影響

從理論上說，硅微粉粒徑越小，越有利于填充。但實際在制作工藝中，硅微粉越細，越容易結(jié)團，不容易分散，填料在基體樹脂中分散不均，必須提高溶劑的用量；但如果粒徑太大，在混膠及上膠過程中易產(chǎn)生沉降，施工時對環(huán)氧樹脂的浸漬性變差，填料的分布也會不均勻。所以從工藝角度來講，選擇一個合理的粒徑范疇，是一個很重要的參數(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環(huán)氧樹脂灌封膠均具有增韌增強作用，但活性硅微粉經(jīng)表面處理后能與樹脂、固化劑反應(yīng)交聯(lián)從而提高環(huán)氧樹脂固化物的性能。