一种单组份环保型环氧树脂胶黏剂的制备*

邵康宸，卜彦强，李 驰，史洪源，陈文静

（1.西安航空职业技术学院 航空材料工程学院，陕西 西安 710089；2.西安兵器工业特种设备检测有限公司，陕西 西安 710000）

目前，电子产品的迅速发展带动了与之相关的电子封装技术的发展，随着电子产品向高密度、微型化、高功率和高可靠性发展，就要求电子器件所用材料要有很好的热性能和粘结强度[1,2]。本实验以双酚A型环氧树脂为基体树脂，双氰胺为固化剂，咪唑为固化促进剂，BN和A12O3为填料，再添加适量的其他助剂，制备单组份环保型环氧树脂胶黏剂。通过对粘接强度，热性能、储能模量、玻璃化转变温度的测试，研究了基体树脂、填料、固化剂用量等因素对环氧树脂胶黏剂性能的影响，制备了单组份环保型环氧树脂胶黏剂。

1 实验部分

1.1 实验原料与仪器

环氧树脂（宏昌电子材料股份有限公司），双氰胺（DICY河南宜森化工产品有限公司），咪唑（2E4MZ江西金凯化工有限公司），BN（秦皇岛一诺新材料公司），A12O3（广州瑞合化工科技有限公司），消泡剂（陕西泰和化工厂），分散剂（德国毕克化学），以上原料均为工业级。

WDWDZE-50型微机控制电子万能试验机（济南市宏远机械厂）；Q50型热重分析仪（TG驭锘实业（上海）有限公司）；Q800DMA试验机（美国TA instrument）。

1.2 试样制备

将适量的环氧树脂，8%的固化剂双氰胺、0.5%的促进剂咪唑（均相对于环氧树脂质量而言）混合并搅拌均匀，然后加入适当比例的填料，经过充分搅拌，混合均匀。将混合好的体系完全固化后自然冷却至室温，进行性能测试。在固化初始温度低于固化温度10℃的烘箱中1～2h后，以10℃为梯度逐步升高温度，30min内升温至固化温度。

1.3 测试或表征

热性能 使用热失重分析（TGA）进行表征（升温速率为10K·min-1，空气中，采样量为6～10mg）。

介电性能 采用DMA（动态力学分析）法进行测定。

粘结强度 按照GB/T8165-2008标准，采用万能试验机进行测定（拉伸速率为20mm·min-1，室温测试），将150mm×40mm×2mm（长×宽×高）的不锈钢片端部用100#砂纸打磨去除锈迹、污渍，使试样表面平整光亮，两钢铁片粘结部分为40mm×30mm（长×宽）。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂胶黏剂的粘结强度

在其他配方条件相同的情况下改变填料A12O3和BN含量，测定产物的粘结强度，结果见图1。

图1 填料含量对产物剪切强度的影响Fig.1 Filler content impact the shear strength of the product

由图1可以看出，当填料的含量较小时（A12O3含量小于40%，BN含量小于50%），环氧树脂胶黏剂剪切强度随填料含量的增加而提高。这是因为填料含量较少时，环氧胶内部产生的内应力较大，环氧树脂胶黏剂则会出现收缩现象，产生气孔等缺陷，粘结强度降低；随着填料含量的增加，环氧树脂胶黏剂内应力减小,收缩率降低,粘结强度随之提高[3]。若将填料含量继续增加（即A12O3含量超过40%，BN含量大于50%），环氧树脂胶黏剂含量则相对较少，粘结强度下降，固化时分子活动性降低，导致胶黏剂的粘结强度出现下降趋势。

2.2 填料对单组份环氧树脂胶黏剂的耐热性能的影响

将单组份环氧树脂胶黏剂固化后进行热重分析，Al2O3的含量均为20%，结果见图2。

图2 不同BN含量的胶黏剂的TG曲线Fig.2 Adhesives TG curves of different BN contents

由图2可以看出，BN的用量对体系的耐温性有很大的影响,样品中BN量为25%，热分解温度为280℃，样品中BN量为20%，热分解温度达340℃左右，这主要是因为树脂中加入了大量无机填料，无机填料的比热容要比环氧树脂本身的比热容大得多[4,5]。在高温下，无机填料比同等质量的纯环氧树脂相比能吸收更多的热量，所以就会提高体系的起始热分解温度，进而就会延迟体系最大分解速率时的温度。

2.3 环氧树脂胶黏剂的DMA曲线

单组份环氧树脂胶黏剂的DMA曲线，结果见图3。

图3 环氧树脂胶黏剂的DMA曲线Fig.3 DMA curves of epoxy adhesive

由图3可以看出，环氧树脂胶黏剂的DMA曲线随温度的变化而变化，储能模量随着温度的逐渐升高而下降，当温度在50℃时环氧树脂胶黏剂的储能模量为152MPa，温度升至80℃时，储能模量达到244.8MPa，在100℃时，储能模量将为59.74 MPa，温度升高直到高于环氧胶膜的Tg之后，其弹性特性逐渐消失；环氧树脂胶黏剂的损耗模量曲线和损耗因子（tanδ）曲线都随着温度的升高呈现相同的变化趋势，先升高后下降，并且分别在75℃（2398MPa）和98.83℃（0.7682）时处于极大值，说明样品的Tg为98.83℃。这是由于当温度低于Tg时，聚合物内部的分子链段运动比较困难，其产生损耗的能量相对较少；当温度高于Tg时，聚合物内部的分子链段运动剧烈，分子与分子之间的相对作用力较弱，因此，产生损耗的能量也不大；仅当温度非常接近Tg时，聚合物内部分子链段开始运动、可是又达不到应力的变化时，此时体系所产生的滞后效应相对最多，使得损耗产生的能量也相对最大，因此，tanδ曲线峰值处即为环氧树脂胶黏剂的Tg（在此温度下聚合物内部的结构发生了一定的变化，同时和分子结构相关的黏弹性也发生了明显变化）。

3 结论

（1）以双酚A型环氧树脂为基体树脂，双氰胺为固化剂，咪唑为固化促进剂，BN和A12O3为填料，再添加适量的其他助剂，制备性能优良的单组份环保型环氧树脂胶黏剂。

（2）使用BN和A12O3为填料时，制得的环氧树脂胶黏剂具有较高的粘结强度和良好的热性能。

（3）单组份环氧树脂胶黏剂具有较好的储能模量和玻璃化转变温度，在80℃时，储能模量达到244.8MPa。