环氧树脂咪唑SiC复合材料的固化反应动力学、制备与性能研究

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1、搞要环氧树脂／咪唑／SiC复合材料的固化反应动力学、制备与性能研究摘要电力电子领域集成技术和组装技术的迅速发展需要高散热性的导热绝缘材料，在电力电子器件封装过程中，许多场合须采用导热绝缘胶接(导热胶粘剂)，因此，本文以电子封装和热界面材料用树脂基复合材料为研究背景，采取高导热碳化硅(SIC)填料填充环氧树脂(DGEBA)基体的方法，研制与开发新型导热高分子材料，包括利用纳米材料对基体进行改性的新一代导热高分子材料的开发。首先将E变量法(在“等转化率微分法”中引入活化能E随转化率发生改变概念的固化动力学分析法)与E常数法进行了对比，前者分析结果可真实反映活化能随反应历程的变化情况，通过对活

2、化能变化的研究可了解固化反应过程，但计算繁琐；后者虽得到的是固化反应表观活化能，但计算简单方便，可用于不同体系间的定性比较，因此两种固化动力学分析法各有利弊，可根据不同需要采用不同的方法或结合使用。采用升温DSC法研究了两个环氧树脂／咪唑(EMI．2，4)．(100：6质量比和100：4质量比)体系的固化行为。采用两种动力学分析方法对DBEBA／EMI．2，4(100：6质量比)体系的固化反应动力学进行了全面深入的分析，并根据活化能E随转化率的变化规律对固化反应过程进行了分析，分析结果可作为DGEBA／EMI．2，4．固化体系聚醚反应过程的参考。在此基础上，结合r-p图外推法制定了两个体

3、系不同的固化工艺，固化产物经红外光谱分析和剪切强度测试，最后确定了本文树脂基体组分含量为DGEBA／EMI．2，4=100：4(质量比)，其固化工艺为：65℃下1h，120℃下1．5h，160℃下1．5h。采用升温DSC法研究了不同DGEBA／EMI．2，4／SIC。。(纳米SiC)体系的固化行为。采用两种动力学分析方法对不同DGEBA／EMI．2，4／SiC．p体系的的固化反应动力学进行了全面深入的分析。以DGEBA／EMI．2，4(100：6质量比)体系作为参照体系，就纳米SiC(nano．SiC)和KH550硅烷偶联剂对环氧树脂固化行为及固化反应动力学的影响进行了研究，结果表明na

4、no．SiC填料及KH550硅烷偶联剂的加入不改变DGEBA／EMI一2，4体系的固化反应机制：llano．SiC填料对于DGEBA／EMI．2，4体系固化反应进程有延迟作用，而KH550硅烷偶联剂对nano．SiC颗粒进行表面处理可以略微减小nano—SiC填料对于DGEBA／EMI．2，4体系固化反应进程的延迟作用；nano．SiC上海交通大学博士论文的加入及低nano．SiC填料含量(<-15wt％)下KH550硅烷偶联剂的使用有助于防止玻璃化现象发生，高nano．SiC填料含量(>～15wt％)下KH550硅烷偶联剂的使用能促进玻璃化现象发生；E变量法得到的固化反应动力学参数表明

5、nano．SiC的加入提高体系活化能的取值范围，E常数法得到的固化反应动力学参数表明nano—SiC的加入使表观活化能E、反应级数m+n和频率因子彳的值均上升。根据这些分析结果，DGEBA／EMI．2，4／SICnD体系的固化工艺需在DGEBA／EMI．2，4体系固化工艺的基础上随填料含量的增加而适当提高固化温度或延长固化时间，而DGEBA／EMI．2，4／SIC。体系固化工艺依照DGEBA／EMI．2，4体系的固化工艺就可以了。采用溶液共混一浇注工艺制备了不同含量和／或经不同表面修饰处理的微米SiC(SiCD)和纳米SiC粒子填充环氧树脂的系列DGEBA／EMI．2，4／SIC复合材料

6、，并对加入填料后复合材料的导热系数、热膨胀系数、剪切强度及介电性能进行了研究。13．8v01．％SiCn。和46．7v01．％SiCD填充树脂复合材料导热系数分别达到了4．0、4．1和5．8W／m．K。研究发现SiC。。填充DGEBA提高导热系数不存在临界体积分数，仅少量纳米SiC填充DGEBA就可得到较高的导热性能，而且SiCnp粒子比SiCp粒子更能提高复合材料的剪切强度，降低复合材料的热膨胀系数和介电常数，有利于低填充高性能的获得。．以红外光谱对SiC粒子的表面修饰机理进行了深入研究，探讨了聚合物基体与导热填料界面的结构，分析了微米SiC和纳米SiC颗粒填充树脂基复合材料的不同导热

7、机理，．以此为基础提出以SiCnp部分替代SiCp，制备了SiCp和SiC。p二元填料共同填充DGEBA的DGEBA／EMI．2，4／(SICp+SiC。。)复合材料，结果表明DGEBA／EMI．2，4／(SICp+SiCnp)复合材料性能优于使用单一粒子填充的体系；DGEBA／EMI一2，4／(SICp+SiC。p)复合材料的导热性能随填料配比Xs(SiC。p填料占总填料的比例)的增大而增大，热膨胀系数和介电性能随填料配比瓜的增大