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海扬小课堂|硅微粉在环氧模塑料中的作用

文章来源:https://www.hayond.cn 发布时间:2019-12-04 浏览次数:30

环氧模塑料中采用的填料主要是二氧化硅粉(俗称硅微粉),具有介电性能优异、热膨胀系数低、热导率高及价格低等特点,用它作填充料主要目的是使环氧模塑料热膨胀系数、吸水率、成型收缩率及成本降低;耐热性、机械强度、介电性能及热导率提高。硅微粉在环氧模型料中含量高达60~90%,它们性能优劣对环氧模塑料品质有着十分重要的影响。

硅微粉有2类:一是结晶型硅微粉,它的颗粒外形为角形,因此又称为角形结晶型硅微粉;二是熔融型硅微粉,它的颗粒外形有角形的,也有球形的,所以称为角形熔融型硅微粉和球形熔融型硅微粉。含铀量低的石英石可加工成低铀含量的结晶型硅微粉和熔融型硅微粉。采用化学合成方法制备的球形熔融型硅微粉铀含量很低,但价格很高。石英石是结晶型的二氧化硅石经1900~2500℃高温烧制后转化成熔融型或者称无定型二氧化硅石块。结晶型硅微粉特点是热导率高、价格低;熔融型硅微粉特点是热膨胀系数低、价格较高,合成球形硅微粉铀含量低但价格昂贵。根据环氧模塑料性能及用途不同可采用不同类型的硅微粉,采用铀含量低的填充料制备的环氧模塑料可用于塑封超大规模集成电路,目的是避免现所谓“软误差”现象。微粉颗粒形状、大小及其分布怎样?中国环氧树脂行业协会专家介绍说,它的颗粒是球状的称为球形硅微粉,颗粒为角状的称为角形硅微粉,用扫描电镜可以清晰辨认出。硅微粉的颗粒粒径一般在0.1~150um范围内,中位粒径d50=5~50,粒度分布可用激光粒度分布仪测定。硅微粉制备工艺并不十分复杂,硅微粉是由普通硅石经粉碎、纯化处理,过筛分类等工序获得角形结晶硅微粉,把它高温熔融后喷射成球,过筛分类则得球形硅微粉,普通硅石经熔融、粉碎、纯化处理、过筛分类得到角形熔融硅微粉。低a一射线硅石经相似工序可获得低a.射线的角形或球形硅微粉;另一途径是合成法制备低a-射线的硅微粉,方法是通过控制正硅酸乙酯、四氯化硅的水解制得球形硅微粉。我国石英石矿产丰富,生产角形硅微粉已经有20多年历史

填料在硅微粉的主要作用是提高热导率,降低热膨胀系数和成型收缩率,还可起到增强作用,提高可靠性;但同时会导致模塑料的黏度增加,降低成型性,所以填充量要选择适当。在使用无机填料的过程中,还要对它进行表面改性。改变填料表面的物理化学性质,提高其在树脂和有机聚合物中的分散性,增进填料与树脂等基体的界面相容性,进而提高材料的力学性能和耐湿性能,是作为填料的矿物粉体表面改性的最主要的目的。粉体的表面改性方法有多种,根据改性性质的不同可分为物理方法、化学方法、包覆方法,根据具体工艺的差别分为涂覆法、偶联剂法、煅烧法和水沥滤法,根据改性作用的性质、手段和目的,分为包覆法、沉淀反应法、表面化学法、接枝法、机械化学法。制备环氧模塑料时通常采用表面化学方法改性,即通过表面改性剂与颗粒表面进行化学反应或化学吸附来完成表面化学改性。中国环氧树脂行业协会专家表示,一般使用的表面改性剂主要是偶联剂、高级脂肪酸及其盐、不饱和有机酸和有机硅等。

环氧模塑料中通常使用的表面改性剂是偶联剂。偶联剂按照化学结构分为硅烷类、钛酸酯类、锆类和有机铬化合物等类型,偶联剂等改性剂对填料表面进行的改性及应用主要有预处理法和整体掺合法。预处理法是将填料粉体首先进行表面改性再加入到基体中形成复合体,预处理法又分为干式处理法和湿式处理法。整体掺合法将塑料等制品的部分加工工艺与填料的改性工艺相结合,具体过程是:填料与高分子聚合物混炼时加入偶联剂原液,然后经成型加工或高剪切混合挤出直接制成母料。一般认为预处理改性的效果优于整体掺合法,因为在有树脂存在时偶联剂受到稀释,而且还可能因树脂的作用而相互结块。由于填充料是环氧模塑料含量最大的组分,所以填充料对环氧模塑料的力学性能、密封性能、电学性能都有很大的影响。而填充料的表面改性技术直接影响着环氧模塑料密封性能及粘接性能,是各环氧模塑料生产与研究单位的核心。

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