復(fù)合材料是指由基體樹脂、增強(qiáng)材料(填料、玻璃纖維)、功能性助劑(偶聯(lián)劑、脫模劑、增韌劑)等經(jīng)過(guò)特定設(shè)備加工而成的材料,主要有不飽和聚酯復(fù)合材料、酚醛模塑料、環(huán)氧塑封料、環(huán)氧灌封料、環(huán)氧澆注料、環(huán)氧玻璃纖維布等。其特點(diǎn)為:高強(qiáng)度、高電性能、成型性好等。
硅烷偶聯(lián)劑含有可以和無(wú)機(jī)填料反應(yīng)的硅氧烷基團(tuán)以及和有機(jī)樹脂反應(yīng)的環(huán)氧基、氨基、乙烯基基團(tuán)等。作為復(fù)合材料中常用的助劑,它的作用為:改善基體樹脂對(duì)填料、玻璃纖維的浸潤(rùn)性,使得基體樹脂通過(guò)化學(xué)鍵和填料或玻璃纖維相連接,進(jìn)而提高復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、耐水性、電性能等。
增韌型硅烷偶聯(lián)劑是指在硅氧烷基團(tuán)和有機(jī)活性基團(tuán)之間含有一定分子量的柔性長(zhǎng)鏈。由于柔性長(zhǎng)鏈的存在,適當(dāng)降低了復(fù)合材料中填料表面層的化學(xué)鍵合密度,當(dāng)復(fù)合材料受到外界沖擊時(shí),填料表面包裹的柔性鏈能很好的吸收沖擊能量。這樣就改善了復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度,減少了應(yīng)力開裂。同時(shí)由于長(zhǎng)鏈硅烷偶聯(lián)劑大部分分散在填料的表面層,樹脂層中含量較少,適當(dāng)?shù)挠昧壳闆r下對(duì)復(fù)合材料的熱變形溫度、玻璃化溫度影響不大。
以下是電子材料用高性能環(huán)氧模壓料性能對(duì)比
原料 |
規(guī)格 |
來(lái)源 |
環(huán)氧樹脂 |
----- |
大日本油墨化學(xué)株式會(huì)社 |
酚醛樹脂 |
----- |
松下電工有限公司 |
硅微粉 |
1000目 |
江蘇東海硅微粉廠 |
卡拉巴蠟 |
特級(jí) |
天津裕華經(jīng)濟(jì)貿(mào)易總公司 |
硅烷偶聯(lián)劑 |
A-187 |
美國(guó)聯(lián)碳 |
增韌型硅烷偶聯(lián)劑 |
SL-101 |
無(wú)錫市四優(yōu)化學(xué)有限公司 |
端羧基丁腈橡膠 |
|
吉林化工研究院 |
參考配方
原料 |
A |
B |
C |
D |
環(huán)氧樹脂 |
100 |
100 |
100 |
100 |
酚醛樹脂 |
50 |
50 |
50 |
50 |
硅微粉 |
400 |
400 |
400 |
400 |
卡拉巴蠟 |
8 |
8 |
8 |
8 |
硅烷偶聯(lián)劑 A-187 |
0 |
6 |
0 |
|
增韌型硅烷偶聯(lián)劑 |
0 |
0 |
6 |
|
增強(qiáng)型硅烷偶聯(lián)劑 |
0 |
0 |
0 |
0 |
端羧基丁腈橡膠 |
0 |
0 |
0 |
15 |
合計(jì) |
558 |
564 |
564 |
573 |
測(cè)試結(jié)果
項(xiàng)目 |
A |
B |
C |
D |
彎曲強(qiáng)度 MPa |
108 |
123 |
122 |
91 |
熱變形溫度 ℃ |
175.4 |
176.8 |
175.1 |
157.4 |
沖擊強(qiáng)度 J/cm² |
0.73 |
0.88 |
1.06 |
1.17 |
沖擊強(qiáng)度提高比例 |
|
+20.5% |
+45.2% |
+60.3% |
內(nèi)應(yīng)力 MPa |
9.6 |
7.7 |
5.3 |
4.7 |
內(nèi)應(yīng)力下降比例 |
|
-19.8% |
-44.8% |
-51.0% |
由以上結(jié)果可知:添加增韌型硅烷偶聯(lián)劑的復(fù)合材料具有高韌性且內(nèi)應(yīng)力較低,而耐熱性卻下降不大。
和一般的硅烷偶聯(lián)劑相比,長(zhǎng)鏈硅烷偶聯(lián)劑在改善膠液對(duì)填料的浸潤(rùn)性方面亦有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),尤其對(duì)于那些具有很高的表面能的填料如:玻璃纖維、納米二氧化硅等,長(zhǎng)鏈硅烷偶聯(lián)劑由于具有疏水性的柔性長(zhǎng)鏈,極大地降低了填料的表面能,使得膠液中的溶劑、樹脂、助劑等能均勻的滲透到玻璃纖維中或均勻分散到納米填料表面,這就提高了復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、耐熱性等。而經(jīng)過(guò)一般的硅烷偶聯(lián)劑處理的玻璃纖維布在涂膠處理時(shí)(如覆銅板生產(chǎn)用的環(huán)氧-玻璃纖維半固化片),由于毛細(xì)現(xiàn)象,總是纖維布表面膠液中的丙酮、二甲基甲酰胺等低分子量的極性溶劑優(yōu)先在玻璃纖維中擴(kuò)散,這樣就使得纖維布表面的膠液黏度急劇增大,膠液中的樹脂和固化劑難以迅速向玻璃纖維中滲透,由此得到的復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度、耐熱性較差。另外亦已證明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)鏈硅烷偶聯(lián)劑處理的玻璃纖維復(fù)合材料具有更好的耐離子遷移性。
由于長(zhǎng)鏈的影響,增韌型硅烷偶聯(lián)劑和填料或玻璃纖維表面硅醇鍵的反應(yīng)速度稍慢,所以需適當(dāng)延長(zhǎng)處理填料的時(shí)間。