高导热耐高温型环氧灌封胶的制备与性能

周锦强，潘仕荣，何秀冲

（上海回天新材料有限公司，上海 201600）

高导热耐高温型环氧灌封胶的制备与性能

周锦强，潘仕荣，何秀冲

（上海回天新材料有限公司，上海 201600）

以氮化硼为主填料，采用酚醛型环氧树脂与酸酐类固化剂，制备了一种高导热耐高温型环氧灌封胶。研究了填料用量与硅烷偶联剂改性对胶粘剂热导率与耐高温性的影响。结果表明，随着填料量的增加，热导率增强,但耐温性能有所降低。偶联剂的适量加入也增强了环氧胶的导热与耐温性能。

环氧树脂；氮化硼；导热；耐高温；灌封胶

环氧树脂具有较高的强度和优良的粘接性能，它以复合材料用树脂、胶粘剂、灌封材料等形式用于许多工业领域[1]。但因其固化物耐热性较差，使其在高功率电子电器、航空航天等高端领域的应用受到限制[2]。同时，普通环氧树脂热导率很低，也无法满足电子电器、微电子等相关领域的散热要求[3]。

本文以氮化硼为导热填料，采用酚醛型环氧树脂与酸酐类固化剂，制备了一种高导热耐温环氧灌封胶。研究了填料用量与硅烷偶联剂改性对胶粘剂热导率与耐高温性的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料

酚醛型环氧树脂；酸酐类固化剂；咪唑类促进剂；硅烷偶联剂KH-560（γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷），分析纯；刚性链的活性稀释剂；氮化硼，粒径5～15μm，纯度99 %；以上均为市售。

1.2 氮化硼/环氧树脂导热耐温灌封胶的制备

将一定配比的环氧树脂、活性稀释剂、氮化硼、KH-560在强力搅拌机的作用下搅拌均匀并真空脱泡，即得A组分。将酸酐固化剂与咪唑促进剂在常温下按一定比例混合均匀，即得B组分。

将A组分升温至90 ℃，再加入一定比例的B组分，90 ℃固化3 h，再升温至150 ℃继续固化3 h，缓慢降温，即得高导热耐高温环氧固化块样品。

1.3 测试与表征

钢/钢拉伸剪切强度：根据GB/T 7124—2008，选择尺寸为100 mm×25 mm×2 mm的不锈钢基材，并用P120砂布打磨被粘表面，再用丙酮清洗，干燥。粘接面长度约为12.5 mm，控制胶层的厚度约为0.2 mm。

示差扫描量热分析（DSC）：TA公司Q-20热分析仪，N2氛围。40 ℃/min升温至250℃，恒温5 min，然后以10 ℃/min降温至30℃，再以10 ℃/min 升温至250 ℃。第2次升温数据作为分析数据。

热导率：采用QTM-500 型快速热导仪（日本KEM 公司）测定。选择PD-11 标准探头，使用仪器自带的SOFT-QTM5EW 薄板测试软件以及聚乙烯、硅橡胶、石英标准板作为参比，加热电流选择2.0 或3.0 A。

2 结果与讨论

2.1 氮化硼用量及KH-560改性对环氧灌封胶剪切强度的影响

图1为氮化硼用量与硅烷偶联剂对环氧胶剪切强度的影响。

图1 BN用量及KH-560改性对环氧灌封胶剪切强度的影响Fig.1 Effect of BN content and KH-560 treating on shear strength of epoxy potting sealant

由图1可以看到随着氮化硼用量的增加，环氧灌封胶的剪切强度逐渐降低，加入量过大时，则剪切强度不能满足实际应用要求。经硅烷偶联剂改性的填料体系，剪切强度相对略高。原因在于氮化硼与环氧树脂的界面相容性得到提高，体系中微孔与缺陷减少，从而粘接强度得到提升。当填料量为60%时达到11 MPa，满足应用要求。

2.2 氮化硼用量及KH-560改性对环氧灌封胶玻璃化温度（Tg） 的影响

环氧胶耐高温性很大程度上取决于树脂基体与固化剂的结构。本体系中采用刚性极强的酚醛环氧与酸酐固化剂，得到了耐高温性能较好的环氧胶，Tg可达210 ℃（见图2）。

图2 BN用量及KH-560改性对环氧灌封胶Tg的 影响Fig.2 Effect of BN content and KH-560 treating on Tg of epoxy potting sealant

由图2看到对于未改性的氮化硼体系，随着填料的增加，Tg逐 渐降低，而对于硅烷偶联剂改性后的氮化硼体系，随着填料的增加，Tg先 升高后降低。这可以解释为：表面处理后的填料粒子，在基体中实际起到交联点的作用。一方面，其表面有利于环氧树脂链的缠结，形成物理交联，阻碍分子链的运动；另一方面，其表面的表面处理剂与基体键合，使得填料与基体间形成良好的界面结合，起到化学交联点的作用，提高了交联密度。至于表面处理的填料添加量较大时出现的Tg降 低，原因在于大填充量时填料的团聚使得自由体积反而增大，有利于分子链运动。对于表面未处理的填料，填料对体系未起到化学交联作用，反以阻碍反应的形式降低了交联密度。同时，由于氮化硼与树脂间相容性不佳导致界面会有微孔与缺陷，使得聚合物链的自由体积增大，分子链运动更加容易。

2.3 氮化硼用量及KH-560改性对环氧灌封胶热导率的影响

由图3可以看到，随着氮化硼填充量的增加，环氧灌封胶的热导率增加明显，导热性能明显增强。填料表面改性后，热导率有所提升，当填料量为60%时达到3.25 W/mK。

图3 BN用量及KH-560改性对环氧灌封胶热导率的影响Fig.3 Effect of BN content and KH-560 treating on thermal conductivity of epoxy potting sealant

当填料量小时，热导率增加缓慢，填料量增加一定程度后，热导率快速增长。原因在于大填充量时，填料互相接触，形成导热通路。至于填料表面改性导热性能增强，则是因为氮化硼与树脂间界面相容性提高，降低了界面热阻。

3 结论

1）采用酚醛型环氧树脂与酸酐类固化剂，制备了一种高导热耐高温型环氧灌封胶，Tg达 210 ℃，热导率达3.25 W/mK。氮化硼未表面改性时，随着填料量的增加，剪切强度降低，热导率增强,耐高温性能有所降低。

2）适量偶联剂的加入可以提高氮化硼与环氧树脂的相容性，从而同时提高粘接强度、热导率与耐高温性能。

[1]孙曼灵．环氧树脂应用原理与技术[M]．北京:机械工业出版社．2002:3-80．

[2]李春华,齐暑华,王东红．耐高温有机胶粘剂研究进展[J]．中国胶粘剂,2007,16(10):41-46．

[3]徐靖,周正发,任凤梅,等．导热环氧灌封胶的研制[J]．粘接,2010,31(5):48-50．

Preparation and performance of epoxy potting sealant with high thermal conductivity and hightemperature resistance

ZHOU Jin-qiang, PAN Shi-rong, HE Xiu-chong
(Shanghai Huitian New Material Co．, Ltd．, Shanghai 201600, China)

A epoxy resin potting sealant with high thermal conductivity and high temperature resistance was prepared with the novolac epoxy resin and anhydride curing agent, using the boron nitride (BN) micro particles as the basic packing． The result showed that with increasing the mass fraction of BN, the thermal conductivity of epoxy sealant was increased, however, its temperature resistance was decreased． The addition of right amount coupling agent enhanced the thermal conductivity and temperature resistance of epoxy potting sealant．

epoxy resin; boron nitride; thermal conduction; temperature resistant; potting sealant

TQ433.4+37

A

1001-5922（2015）08-0057-02

2014-06-17

周锦强（1987-），男，硕士，研究方向：环氧树脂胶粘剂。E-mail：zhoujq0814@gmail.com。