單組分自粘性加成型導(dǎo)熱灌封膠的研制

徐志飛，劉龍江，蔡公華

（上?？颠_(dá)化工新材料股份有限公司，上海 201419）

隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，電子設(shè)備的小型化和集成化已成趨勢(shì)，電子元件對(duì)灌封膠的阻燃性和導(dǎo)熱性提出了更加嚴(yán)格的要求。加成型硅膠為非極性分子[1]，對(duì)多數(shù)基材的粘接性較差，并且目前使用的雙組分加成灌封膠在施膠過(guò)程中需要預(yù)先混合，導(dǎo)致產(chǎn)生氣泡，嚴(yán)重影響了施工效率。

本實(shí)驗(yàn)以端乙烯基硅油、甲基含氫硅油為基礎(chǔ)原料，氧化鋁、氮化鋁為導(dǎo)熱填料，通過(guò)加入自制的增粘劑，微膠囊型催化劑，制備了單組分自粘性加成型導(dǎo)熱有機(jī)硅電子灌封膠?？疾榱嘶A(chǔ)原料、氧化鋁、氮化鋁、阻燃劑以及增粘劑對(duì)灌封膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

端乙烯基硅油（黏度為1 000 mPa·s、乙烯基的物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%）、甲基含氫硅油（黏度為80 mPa·s、含氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.18%），上海華之潤(rùn)化工有限公司；正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、γ-（2,3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷，湖北新藍(lán)天新材料股份有限公司；氧化鋁（平均粒徑分別為5 μm和20 μm），上海百圖高新材料科技有限公司；氮化鋁（平均粒徑為5 μm），秦皇島一諾高新材料開(kāi)發(fā)有限公司；聚乙烯醇，濟(jì)寧百川化工有限公司；熱塑性樹(shù)脂，常州方鑫化工物資有限公司；液體鉑金催化劑（3 000×10-6），東莞市信康有機(jī)硅材料有限公司；石油醚（AR），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲醇（AR），東莞市喬科化學(xué)有限公司；阻燃劑（Doher-6003），東莞市道爾新材料科技有限公司；增粘劑，自制；微膠囊型催化劑，自制。

1.2 儀器與設(shè)備

DMP-1QT型雙行星攪拌機(jī)，羅斯設(shè)備有限公司；LVDV-2型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海倫捷機(jī)電儀表有限公司；CMT4303型拉力試驗(yàn)機(jī)，深圳市新三思計(jì)量技術(shù)有限公司；LX-A型橡膠硬度計(jì)，上海六菱儀器廠；JMS-6490LV型掃描電子顯微鏡（SEM），日本電子公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)制備

1.3.1 增粘劑的制備

在250 mL三口燒瓶中，按計(jì)量依次加入正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷、γ-（2,3-環(huán)氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷，在150 ℃條件下反應(yīng)6 h后減壓蒸餾脫除小分子，得到淺黃色透明液體。

1.3.2 微膠囊型催化劑的制備

第1步按比例將聚乙烯醇加入到裝有去離子水的燒杯中溶解，將溶解好的聚乙烯醇水溶液加入到三口燒瓶中備用；第2步按比例依次將低軟化點(diǎn)的熱塑性樹(shù)脂、液體鉑金催化劑溶解在石油醚中，然后將混合好的石油醚溶液通過(guò)恒壓漏斗緩慢滴加到裝有聚乙烯醇溶液的三口燒瓶中，邊滴加邊攪拌，滴加完后室溫下攪拌24 h，減壓蒸餾除去溶劑，用甲醇洗滌、抽濾即可得到微膠囊型催化劑。

1.3.3 灌封膠的制備

在雙行星攪拌機(jī)中按計(jì)量依次加入端乙烯基硅油、甲基含氫硅油、氧化鋁、氮化鋁以及Doher-6003，加熱到120℃，攪拌抽真空1 h（真空度為0.08 MPa），降溫至25℃，按計(jì)量依次加入增粘劑和微膠囊型催化劑，繼續(xù)抽真空（真空度為0.08 MPa）混合15 min，得到加成型單組分有機(jī)硅灌封膠。

1.4 性能測(cè)試

（1）黏度：采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。

（2）剪切強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、本體強(qiáng)度：按照GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定（剛性材料對(duì)剛性材料）》標(biāo)準(zhǔn)，采用拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

（3）硬度：按照GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分：邵氏硬度計(jì)法（邵爾硬度）》標(biāo)準(zhǔn)，采用橡膠硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試。

（4）熱導(dǎo)率：按照ASTM D5470—2006《Standard Test Method for Thermal Transmission Properties of Thermally Conductive Electrical Insulation Materials》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

（5）微觀結(jié)構(gòu)：采用掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行觀察。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同粒徑氧化鋁復(fù)配對(duì)灌封膠熱導(dǎo)率的影響

將不同粒徑的氧化鋁搭配使用，所得灌封膠的導(dǎo)熱性能往往優(yōu)于添加一種粒徑的氧化鋁。從導(dǎo)熱通路形成的原理來(lái)看，將大小粒徑的氧化鋁搭配使用，可使導(dǎo)熱粉形成致密的堆積，更好地形成導(dǎo)熱通路[2]。

不同粒徑氧化鋁復(fù)配對(duì)有機(jī)硅灌封膠熱導(dǎo)率的影響如表1所示。由表1可知：與將單一粒徑氧化鋁添加到硅橡膠中相比，在總的添加量為40 g時(shí)，隨著小粒徑氧化鋁比例的提高，熱導(dǎo)率先升后降，體系黏度則隨之增大，當(dāng)質(zhì)量比為30/10時(shí)，體系的熱導(dǎo)率相對(duì)最高，黏度適中。

表1 不同粒徑氧化鋁復(fù)配對(duì)有機(jī)硅灌封膠熱導(dǎo)率的影響Tab.1 Effect of combined fillers of Al2 O 3 with different particle size on thermal conductivity of silicone potting sealant

圖1為灌封膠斷面SEM圖。由圖1可見(jiàn)：不同粒徑氧化鋁粒子相互搭配使用時(shí)，小粒徑的粒子能有效地填充到大粒徑的粒子間隙中去，粒子之間的相互接觸點(diǎn)大量增加，在灌封膠體系內(nèi)形成了更為致密的堆積，造成體系內(nèi)有效導(dǎo)熱網(wǎng)鏈密度加大，從而有效提升了灌封膠的導(dǎo)熱性能。

2.2 含氫硅油用量對(duì)灌封膠力學(xué)性能的影響

含氫硅油用量對(duì)灌封膠力學(xué)性能的影響如表2所示。由表2可知：當(dāng)含氫硅油比例增大時(shí)，膠的硬度依次增大，拉伸強(qiáng)度先增大后減少，斷裂伸長(zhǎng)率逐漸減小。這是因?yàn)殡S著含氫硅油量的增加，灌封膠的交聯(lián)密度增大，所以硬度增加，斷裂伸長(zhǎng)率下降。當(dāng)含氫硅油用量為9 g時(shí)，拉伸強(qiáng)度相對(duì)最大；若含氫硅油用量進(jìn)一步增大，則灌封膠硬度變大且韌性變差，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度降低。

圖1 有機(jī)硅灌封膠斷面的SEM圖Fig.1 SEM image of silicone potting sealant surface

表2 含氫硅油用量對(duì)灌封膠力學(xué)性能的影響Tab.2 Effect of hydrosilicone oil content on mechanical properties of potting sealant

2.3 Doher-6003用量對(duì)灌封膠性能的影響

Doher-6003是具有油膩感的白色結(jié)晶粉末，是經(jīng)過(guò)改性處理的一種性能優(yōu)良、分散均勻、耐溫較高以及粒徑較小的無(wú)鹵阻燃劑，對(duì)環(huán)境友好。Doher-6003用量對(duì)灌封膠阻燃性能的影響如表3所示。由表3可知：增加Doher-6003用量可以提高灌封膠的阻燃性能，當(dāng)添加10 g的Doher-6003時(shí)，灌封膠已經(jīng)能達(dá)到UL94V-0等級(jí)。這是因?yàn)镈oher-6003高溫時(shí)可以在灌封膠的表面形成隔離層，使得可燃物與空氣中的氧氣隔絕并且起到阻熱的作用，另外導(dǎo)熱粉氧化鋁和氮化鋁也有阻燃作用?？紤]到成本和對(duì)灌封膠性能的影響，選擇Doher-6003用量為10 g較合適。

表3 Doher-6003用量對(duì)灌封膠阻燃性能的影響Tab.3 Effect of Doher-6003 content on flame resistance of potting sealant

2.4 增粘劑用量對(duì)灌封膠粘接性能的影響

增粘劑用量對(duì)灌封膠粘接性的影響如表4所示。由表4可知：隨著增粘劑用量的加大，剪切強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)增粘劑達(dá)到8 g時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到相對(duì)最大，為2 MPa，繼續(xù)增加增粘劑的量，剪切強(qiáng)度反而有所下降。這是因?yàn)樵稣硠┩ㄟ^(guò)內(nèi)部擴(kuò)散濕潤(rùn)粘接表面，當(dāng)增粘劑適量時(shí)，較容易從灌封膠內(nèi)部遷移到基材表面形成粘接；當(dāng)增粘劑量進(jìn)一步增大時(shí)，過(guò)量的增粘劑在與空氣接觸中未來(lái)得及遷移到基材表面就已經(jīng)水解失去活性，從而導(dǎo)致粘接性能的下降。

表4 增粘劑用量對(duì)灌封膠粘接性的影響Tab.4 Effect of tackifier content on adhesion property of potting sealant

3 結(jié)論

以端乙烯基硅油、甲基含氫硅油為基礎(chǔ)原料，氧化鋁、氮化鋁為導(dǎo)熱填料及阻燃劑，通過(guò)添加增粘劑以及微膠囊型催化劑，制備了單組分自粘性加成型導(dǎo)熱灌封膠。較佳配方為：100 g端乙烯基硅油、40 g氧化鋁、2 g氮化鋁、9 g甲基含氫硅油、10 g的Doher-6003以及8 g增粘劑，制得的灌封膠對(duì)鋁剪切強(qiáng)度達(dá)到2 MPa，熱導(dǎo)率為1.0 W/（m·k），阻燃等級(jí)為UL94V-0，綜合性能較優(yōu)。