硅微粉对有机硅电子灌封胶性能的影响

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1、硅微粉对有机硅电子灌封胶性能的影响研究?开发请机硅材料,2011,25(2):7175SILICONEMATERIAL硅微粉对有机硅电子灌封胶性能的影响术陈精华,李国一,胡新嵩,林晓丹,曾幸荣h(1.华南理工大学材料科学与工程学院,广州510450;2.广州市高士实业有限公司,广州510640)摘要:以端乙烯基硅油为基胶,含氢硅油为交联剂,硅微粉为填料制得有机硅电子灌封胶.研究了经硅烷偶联剂一甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH一570)处理后的硅微粉及用量对有机硅电子灌封胶的黏度,力学性能,导热性能和电学性能的影响.结果表明,硅微粉经硅烷偶联剂处理后有利于提高有机硅电子灌封胶的性能,当采用K

2、H一570质量浓度为50%的KH一570乙醇溶液处理后的硅微粉用量为180份时,灌封胶具有较好的综合性能.此时,灌封胶的黏度为4150mPa?s,拉伸强度为3.73MPa,断裂伸长率为61%,热导率为0.63w/m?K,相对介电常数为3.96,体积电阻率为2.8610Q?tin.关键词:硅微粉,表面政性,电子灌封胶,有机硅,硅烷偶联剂中图分类号:TQ333.93文献标识码:A文章编号:10094369(2011)02007105加成型硅橡胶一般以含乙烯基的聚二甲基硅氧烷为基胶,含氢硅油为交联剂,在铂系催化剂作用下,通过硅氢加成反应形成的具有三维网状结构的弹性体.由于它具有优异的耐高低温,耐候,

3、电绝缘性能,在硫化过程中不放出低分子副产物,收缩率极小,可深度硫化,交联结构易控制,产品既可在常温下硫化,又可加热硫化等特点,被认为是电子电气组装件灌封的首选材料J.但硅橡胶的导热性能很差,热导率只有0.2W/m?K左右,易导致电子设备所产生的热量无法及时散发出去,从而使电子元器件的可靠性和寿命下降.因此,采用加成型硅橡胶作为电子灌封材料,需添加大量的导热填料(如A1O,SiC,BN和SiO等).在多数情况下,为获得较高的导热性,常需对导热填料进行表面改性,以降低填料的表面能及表面极性,提高粒子的分散程度,增加填充量,从而确保硅橡胶在获得较好导热性能的同时,具备良好的物理性能.林晓丹等人发现,

4、偶联剂改性氧化镁填充硅橡胶可提高其导热性,当硅烷偶联剂用量为氧化镁用量的0.5%时,硅橡胶导热性提高近20%;李国一等人采用氧化铝为填料制备导热型有机硅电子灌封胶,氧化铝经一甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH一570)处理后能改善灌封胶的力学性能,而导热性几乎无变化.与其它填料相比,硅微粉对硅橡胶的补强性,电性能及在硅橡胶中的分散性均具优势.为此,本实验以活性硅微粉为填料,研究了不同偶联剂改性硅微粉对加成型有机硅电子灌封胶黏度,力学性能,导热性能和电学性能的影响.1实验1.1主要原料及仪器设备端乙烯基硅油:SiVi一300(黏度300mPa?S,乙烯基摩尔分数1.92%),SiVi一1000

5、(黏度1000mPa?S,乙烯基摩尔分数0.8%),浙江新安化工集团股份有限公司;含氢硅油:活性氢质量分数o.18%,广州四海化工有限公司;铂催化剂(PlJ一2600):铂的质量分数为260010,佛山市顺德区金纯硅材料有限公司;KH一570,一缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH一560):工业品,湖北武大有机硅新材料股份有限公司;炔基环己醇:AR,深圳市鑫泽业科技有限公司;高纯硅微粉:粒径2.5m,佛山维科德化工材料有限公司.真空捏合机:JJ一5型,成都众和科技开发收稿日期:20101022.作者简介:陈精华(1977一),男,博士后,主要从事高分子复合材料方面的研究.基金项目:粤港关键领域

6、重点突破项目(2008A);广州市科技计划项目(o9z2一D421).联系人,Email:psxrzengo?72?荫机矗材料第25卷有限公司;高速分散机:GFJ一0.8,江阴市双叶机械有限公司;真空干燥箱:DZF一6050,上海新苗医疗器械制造有限公司;冲片机:RH一7010,江都市韧恒机械厂;旋转黏度计:BROOKFIELD,美国BROOKFIELD公司;硬度计:LXA,上海元菱仪器厂;微机控制电子万能试验机:CMT4303,深圳市新三思计量技术有限公司;热导率测试仪:DRPLI,湘潭市仪器仪表有限公司;高阻仪:6517B,美国吉时利仪器公司;阻抗分析仪:E4991A,美国安捷伦科技有限公

7、司.1.2活性硅微粉的表面处理采用干法工艺,称取一定量预先烘干的硅微粉到改性设备中,在高速分散机高速搅拌下,以喷雾的形式加入填料质量0.3%的KH一560或KH-570的乙醇溶液(质量浓度50%),处理1h;然后将填料置于120oC的真空烘箱里干燥2h,制得活性硅微粉,分别记为KH一560改性硅微粉和KH一570改性硅微粉.1.3电子灌封胶的配制基料的制备:将一定量的混合乙烯基硅油(SiVi一300与SiVi一1000的质量比为1:1),硅微粉加入真空捏合机内,在130oC下真空混合2h获得基料.I组分的制备:在常温下,取100份基料,加入适量的含氢硅油和抑制剂炔基环己醇,在高速剪切分散机的作

8、用下充分搅拌20min,制得I组分.组分的制备:在常温下,取100份基料,加入适量的铂催化剂,在高速剪切分散机的作用下充分搅拌20min,制得组分.使用时,将I,组分按1:1的质量比混合即得电子灌封胶.为了便于比较,本实验将由未经改性的硅微粉制备的电子灌封胶记为灌封胶A,由KH一560改性硅微粉制备的电子灌封胶记为灌封胶B,由KH一570改性硅微粉制备的电子灌封胶记为灌封胶C.1.4试样的制备将I,组分按1:1的质量比在高速剪切分散的作用下混合均匀,置于真空干燥箱中真空脱泡10min,然后倒入模具中室温硫化24h,制成试片,进行各项性能测试.1.5性能测试黏度:按GB/T2794-1995用旋

9、转黏度计测定;拉伸强度和断裂伸长率:按GB/T5282009测定;热导率:按GB/T11205-2009测定;体积电阻率:按GB/T1410-2006测定;相对介电常数:按GB/T1409-2006测定.2结果与讨论2.1硅微粉用量对有机硅电子灌封胶黏度的影响硅微粉用量对灌封胶黏度的影响如图1所示.硅微粉用量,份图1硅微粉用量对灌封胶黏度的影响由图1可见,随着硅微粉用量的增加,灌封胶的黏度不断上升,且用改性硅微粉制备的灌封胶B和灌封胶C的黏度明显低于用普通硅微粉制备的灌封胶A,这是由于硅微粉表面具有活性羟基,且粒径较小,在灌封胶中会与硅橡胶发生化学键合和物理吸附作用J,随着硅微粉用量的增加,其

10、与硅橡胶的这种相互作用力也随之增加,从而导致灌封胶黏度不断上升;而经KH一56O,KH一570改性的硅微粉,其表面活性羟基明显减少,填料与硅橡胶之间的相互作用力大大降低,相应黏度也随之下降,所以灌封胶B和灌封胶c的黏度明显低于灌封胶A.如在加入硅微粉180份时,灌封胶c的黏度仅为4150mPa?s,而灌封胶A的黏度则为5050mPa?s,前者的流动性明显比后者更好,便于灌封.2.2硅微粉用量对有机硅电子灌封胶力学性能的影响硅微粉用量对灌封胶拉伸强度的影响如图2所示.由图2可见,随着硅微粉用量的增加,灌封胶的拉伸强度呈先增后降的趋势,并在硅微粉为180份时出现最大值.这是因为硅微粉为硅橡胶第2期

11、陈精华等.硅微粉对有机硅电子灌封胶性能的影响.73?的半补强材料,随着硅微粉用量的增加,其与硅橡胶之间的相互作用力增强,所以灌封胶的拉伸强度提高;但当硅微粉用量大于180份肘,硅微粉会因灌封胶黏度过大而分散不均,造成局部团聚现象,从而导致灌封胶的拉伸强度下降.另外,从图2还可以看出,在相同硅微粉用量时,灌封胶A,灌封胶B,灌封胶C的拉伸强度依次提高.这是因为硅微粉经过表面处理后,其与硅橡胶的相容性明显改善,界面相互作用力也随之提高,所以改性硅微粉填充的灌封胶B,灌封胶C的拉伸强度好于普通硅微粉填充的灌封胶A.而灌封胶C的拉伸强度大于灌封胶B,这是由于灌封胶C填充的硅微粉改性剂KH570中含有乙

12、烯基,可与含氢硅油发生交联反应,使硅微粉与硅橡胶的界面相互作用力进一步提高.硅微粉用量,份图2硅微粉用量对灌封胶拉伸强度的影响硅微粉用量对灌封胶断裂伸长率的影响如图3所示.硅微粉用量,份图3硅微粉用量对灌封胶断裂伸长率的影响由图3可见,随着硅微粉用量的增加,灌封胶的断裂伸长率呈下降趋势.这是由于随着硅微粉的用量增加,硅微粉与硅橡胶的相互作用力相应增大,导致聚硅氧烷高分子链间的自由滑动受限作用增强所致.另外,从图3还可以看出,在相同硅微粉用量时,灌封胶A,灌封胶B,灌封胶C的断裂伸长率依次下降,这同样是由于灌封胶A,灌封胶B,灌封胶c中硅微粉与硅橡胶的相互作用力依次增大,聚硅氧烷高分子链问的自由

13、滑动受限程度增大所致.2.3硅微粉用量对有机硅电子灌封胶导热性能的影响硅微粉用量对灌封胶热导率的影响如图4所示.鲁糌硅微粉用量,份图4硅微粉用量对灌封胶热导率的影响由图4可见,随着硅微粉用量的增加,灌封胶的热导率逐渐增大.这是因为随着硅微粉用量的增加,硅微粉在灌封胶中的体积分数相应增大,粒子与粒子之间的距离减少,传热阻力减少,因此刚开始时热导率迅速增加;但当硅微粉用量达到一定程度后,体系中已形成有效的导热网络,这时再增加硅微粉的用量,灌封胶的热导率增速变缓.另外,从图4还可以看出,在相同硅微粉用量时,灌封胶A,灌封胶B,灌封胶C的热导率依次增大,这是由于KH一560和KH一570的偶联作用,改

14、善了硅橡胶与填料的界面相容性,减少了界面缺陷及可能存在的空隙,降低了体系的热阻的缘故.2.4硅微粉用量对有机硅电子灌封胶电学性能的影响相对介电常数常用来表征高聚物在外电场作用下由于分子极化引起的电能的储存和损耗,衡量介质在外加电场下的极化程度,其大小直接影响电容,电路的分布参数和电路参数J,它取决于介质的极性大小,介质的极性大,则高聚物的相对介电常数大.硅微粉用量对灌封胶相对介电常数的影响如图5所示.由图5可见,随着硅微粉用量的增加,灌封胶的相对介电常数逐渐增大,这是因为硅微粉的极性大,其相对介电常数大于硅橡胶,所以随着硅微粉用量的增加,灌封胶的相对介电常数增大.荫酞?l材料第25卷15016

15、Ol7018O190200硅微粉用量/份图5硅微粉用量对灌封胶相对介电常数的影响在相同硅微粉用量时,灌封胶A,灌封胶B,灌封胶C的相对介电常数依次减少,这是由于KH一560,KH一570对硅微粉的表面改性,削弱了硅微粉的极性,所以由改性硅微粉制备的灌封胶B,灌封胶C的相对介电常数小于由普通硅微粉制备的灌封胶A,而灌封胶B的相对介电常数大于灌封胶C是由于KH一560的极性大于KH一570所致.体积电阻率通常用来表征高聚物的绝缘性能.体积电阻率越高,高聚物的绝缘性能越好.硅微粉用量对灌封胶体积电阻率的影响如图6所示.吕a12僻宣硅微粉用量/份图6硅微粉用量对灌封胶体积电阻率的影响由图6可见,随着硅

16、微粉用量的增加,灌封胶的体积电阻率逐渐减少,这是由于硅微粉的体积电阻率低于硅橡胶所致.在相同硅微粉用量时,灌封胶A,灌封胶B,灌封胶C的体积电阻率依次增大,这是因为硅微粉经过偶联剂处理后,增加了填料与基体问的界面粘接,从而使链段活动性降低,聚硅氧烷分子间作用力增大,自由体积减小,因而降低了离子载流子的迁移率,导电性减小,体积电阻率增加,所以灌封胶B,灌封胶C的体积电阻率大于灌封胶A.而灌封胶C比灌封胶B具有更大的体积电阻率是因为灌封胶C填充的改性硅微粉中的KH一570所含的乙烯基可以参与硅橡胶的交联反应,获得比灌封胶B更好的填料与基体的界面粘接所致.3结论随着硅微粉用量的增大,有机硅电子灌封胶

17、的黏度,热导率和相对介电常数增大,断裂伸长率和体积电阻率减小,而拉伸强度则先增大后减少.硅微粉经偶联剂处理后有利于提高有机硅电子灌封胶的性能,且KH一570改性硅微粉制备的灌封胶性能要好于用偶联剂KH一560改性硅微粉制备的灌封胶.在灌封胶中加人180份KH一570改性硅微粉,灌封胶具有较好的综合性能.此时,灌封胶的黏度为4150mPa.s拉伸强度为3.73MPa,断裂伸长率为61%,热导率为0.63W/m?K,相对介电常数为3.96,体积电阻率为2.86x10MQ?cm.参考文献1戚云霞,赵士贵,姜伟峰,等.加成型室温硫化硅橡胶的研究进展J.有机硅材料,2006,20(1):3437.2吴敏

18、娟,周玲娟,汪国栋,等.导热电子灌封硅橡胶的研究进展J.有机硅材料,2006,20(2):8185.3SIMLC,RAMANANSR,ISMAILH,eta1.ThermalcharacterizationofA1203andZnOreinforcedsiliconerubberasthermalpadsforheatdissipationpurposeslJ1.ThermochimicaActa,2005,430:155165.4周玲娟,王庭慰.导热室温硫化硅橡胶的研究进展J.合成橡胶工业,2007,30(6):475479.5牟秋红,冯圣玉.填料表面处理对硅橡胶导热性能的影响C/中国氟硅有

19、机材料工业协会有机硅专业委员会.2008年第十四届中国有机硅学术交流会论文集,杭州.成都:中国氟硅有机材料工业协会,2008:161163.6林晓丹,曾幸荣,陆湛泉,等.氧化镁填充导热硅橡胶的性能研究J.橡胶工业,2008,55(5):291294.7李国一,陈精华,林晓丹,等.导热有机硅电子灌封胶的制备与性能研究J.有机硅材料,2010,24(5):283287.8徐志君,范元蓉,唐颂超.加成型液体乙烯基硅橡胶的研制一.白炭黑表面处理对硅橡胶性能的影响J.合成橡胶工业,2003,26(1):911.54433氟靶廿靛罂第2期陈精华等.硅微粉对有机硅电子灌封胶性能的影响9赵翠峰,方仕江,罗嘉亮

20、,等.加成型室温硫化硅橡胶的制备一I交联剂及填料的影响规律J.浙江大学(工学版),2007,41(7):1219一I222.10ZHOUW,QIS,TuC,eta1.EffectoftheparticlesizeofA120onthepropeiesoffilledheatconductivesiliconerubberJ.JofAppliPolymSci,2007,104:13l21318.11XUY,DDLC,MOROZBC.ThermallyconductingaluminumnitridepolymermatrixcompositesJ.CompositesPartA:AppliSci

21、andManufacturing,2001,32:17491757.EffectsofSilicaPowderonthePropertiesofSiliconeEncapsulantCHENJing.hua,LIGuo.yi,HUXinsong,LINXiaodan,ZENGXingrong(1.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,Guangdong2.GuangzhouGlorystarChemicalCo.hd.Guangzhou510450,Gua

22、ngdong)Abstract:Thesiliconeencapsulantwaspreparedwithvinylterminatedsiliconeoilmixtureasbasicgum,hydrogensiliconeoilascrosslinkingagent,silicapowderasfiller.Theinfluenceofthesurfh.eetreatmentandamountofsilicapowderonviscosity,mechanical,thermalconductivityandelectricalpropertiesofsiliconeencapsulant

23、wereinvestigated.Resultsshowedthatsilicapowdermodifiedbycouplingagentscouldimprovethepropertiesofsiliconeencapsulant.WhenthemassconcentrationofKH一570was50%andthetreatedsilicapowderwas180phr,thesiliconeencapsulanthadgoodperformance.Theviscosityoftheencapsulantwas4150mPa?S,thetensilestrengthwas3.73MPa

24、,theelongationatbreakwas61%,thethermalconductivitywas0.63W/m?K,therelativepermittivitywas3.96,andthevolumeresistivitywas2.8610Q?cm.Keywords:silicapowder;surfacemodification,encapsulant,silicone,couplingagent2010年我国初级形状聚硅氧烷进出口情况2010年我国初级形状聚硅氧烷的进口量为196056t/a,同比增长5.3%;出口量51111t/a,同比增长50.5%;净进口量144945t/

25、a,同比减少4.8%;进口金额8.60亿美元,均价为4380美t(同比增加10.8%);出口金额为1.73亿美元,均价为3380美t(同比增加1.4%),进口均价比出口均价高29.6%.瓦克化学2010年有机硅业务创历史新高瓦克化学股份有限公司有机硅业务部门在2010年创下了销售额新纪录.总销售额增长了28%,达到15.8(2009年l2.4)亿欧元.销售额增长的原因是所有行业对产品的需求量都很大.即使在通常比较疲软的夏季月份,需求量也保持在很高的水平上.EBITDA的增幅比销售额更大,达2.30(2009年1.58)亿欧元,比2009年增长了46%.主要是销售量增加,单位生产成本降低以及汇率

26、效应对瓦克有机硅的EBITDA产生了正面影响.而甲醇和铂等原料的价格上涨则减缓了利润增长.此外,因与道康宁的合资企业的硅氧烷结算价格上调,在第4季度,瓦克为中国有机硅业务的预计亏损预提了0.52亿欧元的储备金,这也对EBITDA产生了负面影响.瓦克在2010年业务年度的投资额约达6.95(2009年7.4O)亿欧元.资金主要用于扩建超纯多晶硅生产能力以及在中国建造生产有机硅的其它装置道康宁公司2010年销售额与利润额同创新高道康宁公司2010年第四季度销售额创下15.8亿美元的历史新高,比2009年同期增加了7%点;亚洲和拉美市场增长显着,上述地区的销售额均创历史记录.2010年销售额达到60亿美元,比2009年增加了18%;净收人为8.66亿美元,较2009年增加45%;双双创下历史新高.调整后的净收人为7.24亿美元,较2009年全年增加29%.(沈佳霓)