JP-6新型导电胶的性能研究

虞鑫海，傅菊荪，刘万章

（1.东华大学应用化学系，上海201620；2.浙江金鹏化工股份有限公司，浙江台州318050）

JP-6新型导电胶的性能研究

虞鑫海1，傅菊荪1，刘万章2

（1.东华大学应用化学系，上海201620；2.浙江金鹏化工股份有限公司，浙江台州318050）

对自制的JP-6新型导电胶性能进行了系统的研究，包括力学性能、电学性能以及耐热性和吸水性等。结果表明：JP-6新型导电胶是一种综合性能非常优异的导电胶黏剂体系，具有很高的拉伸剪切强度，高达21.1MPa；优良的导电性，其固化物的体积电阻率为2.32×10-4Ω·cm；良好的耐热性，其固化物的Tonset热分解温度高达375.6℃；很低的吸水性，只有0.5%；长的室温贮存期，高达3个月以上。而且具有优异的耐大气老化性能、耐热老化性能以及耐湿热老化性能等。

导电胶；性能研究

前言

近年来，在微电子制造行业，随着电子元器件向小型化、微型化的迅速发展，导电性连接已由原来的焊、铆接等工艺方法逐渐为导电粘接所代替,导电粘接除能满足导电和粘接这两项最基础的要求外,还具有成本低、环境友好等许多优越之处,为此越来越多的研究者将兴趣转向了导电胶黏剂。导电胶黏剂的应用日益广泛,在电子工业中已成为一种必不可少的新材料[1-16]。

导电胶黏剂一般由预聚体、稀释剂、固化剂、催化剂、金属粉末以及其它添加剂组成。环氧树脂黏附性好，内聚强度高，掺混性好，常常用于导电胶黏剂的基体树脂。

本文以环氧树脂为基体树脂，采用合适的增韧剂、活性稀释剂、潜伏性固化剂和导电粒子，制得了综合性能良好的新型导电胶黏剂，并对其性能进行了系统的研究。

1 实验部分

1.1 主要原料

ES216环氧树脂，环氧值为0.22，黏稠状液体，上海EMST电子材料有限公司；6101环氧树脂，环氧值0.44，黏稠状液体，无锡树脂厂；TGDDM，环氧值0.78～0.80，黏稠状棕色液体，上海EMST电子材料有限公司；CE127活性稀释剂，无色液体，上海EMST电子材料有限公司；导电银粉，纯度99.99%，国外进口；偶联剂和有机溶剂，国产；潜伏性固化剂和增韧剂，实验室自制，其中：潜伏性固化剂为改性双氰胺体系，增韧剂为含酚羟基聚醚酰亚胺树脂体系。

1.2 环氧胶黏剂的制备

将一定配比（质量比：6∶1∶5∶2）的ES216、6101、TGDDM、CE127加入反应瓶中，室温下搅拌，混合均匀后，加入增韧剂，搅拌，于80℃温度下反应1h后，冷却至室温，加入潜伏性固化剂，室温下搅拌均匀，即得到了单组分环氧胶黏剂。其中，增韧剂占整个体系质量的9%；潜伏性固化剂占整个体系质量的5%。

1.3 导电银粉的表面处理

将一定配比的偶联剂、有机溶剂、导电银粉放入烧杯中，搅拌、振荡1～2h后，除去溶剂，100℃烘干，得到经表面处理的导电银粉。

1.4 导电胶黏剂的配制

将1.2制得的单组分环氧胶黏剂与1.3得到的经表面处理的导电银粉，按一定配比混合，搅拌均匀后，脱泡，静置，即得到导电胶黏剂JP-6。其中，导电银粉占整个体系质量的72%。

1.5 JP-6导电胶黏剂的拉伸剪切强度

导电胶黏剂的拉伸剪切强度是导电胶黏剂的一个重要的性能指标，对导电胶黏剂是否能在工业中运用起到决定性的作用。剪切强度表示粘接型胶黏剂在受切线方向的应力时单位面积上的最大断裂负荷。根据受力方向可分为拉伸剪切、压缩剪切、扭转剪切、弯曲剪切强度等几种，其中尤其拉伸剪切强度最为重要。

在本文中，导电胶黏剂的拉伸剪切强度采用国标GB7124-86进行测试。拉伸剪切强度测定试片的尺寸为100mm×25mm×2mm，采用单面搭接，搭接面长约12.5mm。测定时试片经过表面处理后将胶黏剂均匀涂在试片上，然后将两片试片叠合，在一定条件下进行固化，两片试片叠合后宽度方向的错位不超过0.5mm。搭接固化好的试片在H10K-S双臂万能材料试验机上以10mm/min的恒定拉伸速度施加负荷，直到试片胶层破坏为止。记下试验机刻度盘上的破坏负荷，并按式（1）计算剪切强度。

图1 JP-6导电胶黏剂拉伸剪切强度测试样示意图Fig.1 Schematic diagram of tensile sheer strength test of JP-6 electrically conductive adhesive

式中，P为破坏负荷，N；S为搭接面积，cm；a为搭接面长，cm；b为搭接面宽，cm；测试片不少于5对，搭接面积应根据每对试片破坏后，实际测量的数值进行计算，精确到0.01cm2。图1为拉伸剪切强度测试示意图。

1.6 JP-6导电胶黏剂体积电阻率的测定

导电胶黏剂的体积电阻率是评价导电胶性能的重要指标之一，测导电胶黏剂的体积电阻率，按照所测试的导电胶黏剂涂胶工艺，按一定的固化工艺进行固化，制得规定尺寸的测试样，用HF2512型智能直流低电阻测试仪测量试样的电阻值，每一试样测定2次，取其算术平均值即为试样的电阻。导电胶体积电阻率按下式（2）计算：

式中，ρ为导电胶体积电阻率，单位：Ω·cm；R为试样的电阻，Ω；δ为胶层的厚度（一般取三个点的平均值），单位：cm；d为胶层的宽度，单位：cm；L为胶层的长度，单位：cm。

1.7 JP-6导电胶黏剂吸水性的测定

将JP-6导电胶黏剂倒入固化盒中，固化，得到尺寸为40mm×40mm×2mmJP-6导电胶固化片，称得其质量为W1（单位：g），随后将固化片浸泡于25℃的纯水中，7×24h后，取出，用干净的滤纸将表面擦干，称得其质量为W2（单位：g）。则25℃下JP-6导电胶黏剂的吸水性A可根据式（3）计算得到：

1.8 JP-6导电胶黏剂的老化试验

1.8.1 大气老化实验

固化后的导电胶在室温下放置3个月后，测其老化前后的体积电阻率及拉伸剪切强度变化。

1.8.2 热老化试验

将固化后的导电胶在老化试验机中进行加速老化试验，设定温度为180℃，放置一段时间后，测体积电阻率的变化及拉伸剪切强度的变化。

1.8.3 湿热老化试验

固化后的导电胶在设定的温度、湿度（85℃，RH：85%）下放置一段时间后，测体积电阻率的变化。

2 结果与讨论

2.1 JP-6导电胶黏剂的拉伸剪切强度

试片材质为不锈钢，测试温度为25℃，导电胶黏剂的拉伸剪切强度的测试结果如表1所示。

表1 JP-6导电胶黏剂拉伸剪切强度测试结果（25℃）Table 1 Testing results of tensile sheer strength of electrically conductive adhesive（JP-6）at 25℃

由表1可见，上述6个试样的拉伸剪切强度值处于19.8～22.0MPa之间，其平均值为21.1MPa。说明，该JP-6导电胶黏剂具有良好的粘接性能。

2.2 JP-6导电胶黏剂的体积电阻率

测试温度为25℃，导电胶黏剂体积电阻率的测试结果如表2所示。

表2 JP-6导电胶黏剂体积电阻率的测试结果（25℃）Table 2 Testing results of volume resistivity of electrically conductive adhesive（JP-6）at 25℃

由表2可见，上述6个试样的体积电阻率值处于1.87×10-4～3.15×10-4Ω·cm之间，其平均值为2.32×10-4Ω·cm。说明，该JP-6导电胶黏剂具有良好的导电性能。

2.3 JP-6导电胶黏剂的耐热性

热失重TG测试扫描曲线如图2所示。由图2可见，该JP-6导电胶在氮气中,其失重5%、10%、15%、20%的温度分别为353.7℃、394.3℃、418.8℃、456.3℃,Tonset热分解温度高达375.6℃，并且在600℃之后,仍然残留77%。

图2 氮气气氛下导电胶黏剂的TG扫描曲线Fig.2 TG curves of electrically conductive adhesive（JP-6）at nitrogen atmosphere

2.4 JP-6导电胶黏剂吸水性

测试温度为25℃，JP-6导电胶黏剂吸水性的测试结果如表3所示。

表3 JP-6导电胶黏剂吸水性（25℃）Table 3 Water absorption of electrically conductive adhesive（JP-6）at 25℃

由表3可见，上述6个试样25℃下的吸水性值处于0.42%～0.58%之间，其平均值为0.5%。说明，该JP-6导电胶黏剂具有良好的疏水性能，具有较低的吸水性。

2.5 JP-6导电胶黏剂的老化性能

2.5.1 大气老化性能

固化后的导电胶在室温下放置3个月后，测其老化前后的体积电阻率及拉伸剪切强度变化，具体的数据见表4。

表4 大气老化试验对导电胶性能的影响Table 4 Effect of air aging on properties of electrically

由表4可知，经过3个月的大气老化实验，JP-6导电胶的体积电阻率及其拉伸剪切强度几乎没有任何改变，这说明该JP-6导电胶固化后有良好的耐大气老化性能。

2.5.2 热老化性能

将固化后的JP-6导电胶在老化试验机中进行加速热老化试验，设定温度为180℃，放置一段时间后，测体积电阻率的变化及拉伸剪切强度的变化，具体的数据见表5。

表5 热老化试验对导电胶性能的影响Table 5 Effect of thermal aging on properties of electrically conductive adhesive（JP-6）

由表5可知，该JP-6导电胶在180℃高温长时间工作下体积电阻率没有增加反而降低，即在高温下长时间工作其导电性能没有降低反而增加，说明该JP-6导电胶在长时间高温工作后同样具有良好的导电性能，在180℃下老化100h后其拉伸剪切强度仅仅下降了4.3%，说明该JP-6导电胶在长时间高温工作后同样具有良好的力学性能，因此该JP-6导电胶，具有良好的耐热老化性能，在长时间高温工作后性能稳定。

2.5.3 湿热老化试验

固化后的JP-6导电胶在设定的温度、湿度（85℃，RH：85%）下放置一段时间后，测体积电阻率的变化，具体的数据见表6，体积电阻率随老化时间的改变见图3。

表6 湿热老化试验对导电胶性能的影响Table 6 Effect of moisture heat aging on properties of electrically conductive adhesive

图3 体积电阻率随老化时间的改变Fig.3 The relationship curve of volume resistivity and moisture heat aging time of electrically conductive adhesive（JP-6）

由表6以及图3可知，该JP-6导电胶固化后在相对湿度85%，85℃下老化264h，JP-6导电胶的体积电阻率不仅没有增加反而降低，即JP-6导电胶的导电性能不仅没有降低反而有所提高；该JP-6导电胶固化后在相对湿度85%，85℃下老化240h其拉伸剪切强度下降了15.6%，同样具有良好的力学性能，这表明该JP-6导电胶在85℃、潮湿的环境下是可以长期使用的。

3 结论

JP-6新型导电胶是一种综合性能非常优异的导电胶黏剂体系，具有很高的拉伸剪切强度，高达21.1MPa；优良的导电性，其固化物的体积电阻率为2.32×10-4Ω·cm；良好的耐热性，其固化物的Tonset热分解温度高达375.6℃；很低的吸水性，只有0.5%；长的室温贮存期，高达3个月以上；而且，具有优异的耐大气老化性能、耐热老化性能以及耐湿热老化性能等。

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Study on Property of JP-6 Novel Electrically Conductive Adhesive

YU Xin-hai1,FU Ju-sun1and LIU Wan-zhang2
(1.Department of Applied Chemistry，Donghua University，Shanghai 201620，China; 2.Zhejiang Golden Roc Chemical Co.Ltd.，Taizhou 318050，China)

The properties of JP-6 novel electrically conductive adhesive were studied including mechanical，electrical performance，heat resistance and water absorption，etc.The results showed that JP-6 was one of novel electrically conductive adhesives with excellent comprehensive properties，such as high tensile sheer strength（21.1MPa），low volume resistivity（2.32×10-4Ω·cm），high temperature resistance（Tonset=375.6℃），low water absorption（0.5%），long pot life at room temperature（more than 3 months），and good resistance to air aging，thermal aging and moisture thermal aging.

Electrically conductive adhesive；study on property

book=189,ebook=189

TQ 437.6

A

1001-0017（2010）06-0026-04

2010-07-01

虞鑫海(1969-)，男，浙江义乌人，博士，主要从事电子化学品、耐高温高分子材料及其单体的合成、合成纤维成形机理、电缆屏蔽带、胶黏剂、无卤阻燃材料、聚酰亚胺新材料等方面的研究开发工作，在国内外发表科技论文80余篇，授权中国发明专利18项。