绝缘封装用环氧树脂固化物的湿热老化特性分析

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环氧树脂老化研究

环氧树脂老化研究环氧树脂是一种广泛应用于涂料、胶粘剂、复合材料等领域的重要化工原料，具有耐腐蚀、耐磨损、绝缘性好等特点。

环氧树脂在使用过程中会遭受各种外界环境因素的影响，导致其老化，降低了性能和使用寿命。

对环氧树脂老化进行研究具有重要意义。

本文将综述环氧树脂老化的研究进展，重点介绍老化机理、检测方法及抗老化改性技术等方面的研究现状。

一、环氧树脂的老化机理环氧树脂老化是指在外界环境作用下，环氧树脂发生结构、性能或外观上的变化。

其主要机理包括光照老化、热老化、氧化老化、湿热老化等。

在光照老化中，紫外光和可见光作用下，环氧树脂中的化学键断裂，导致材料表面发生黄变、裂纹和粗糙等现象；热老化是指在高温下，环氧树脂中的分子链发生断裂、交联减少，使材料变脆、力学性能下降；氧化老化是由于环氧树脂与氧气发生反应，产生氧化物，导致材料劣化；湿热老化是指在高温高湿的环境下，环氧树脂吸水后发生分子链断裂或交联断裂，使材料性能恶化。

了解这些老化机理对于延长环氧树脂的使用寿命具有重要意义。

二、环氧树脂老化检测方法针对环氧树脂老化问题，有许多检测方法可以用来评价环氧树脂的老化程度。

包括物理性能测试、化学性能测试、表面形貌观察等。

物理性能测试包括拉伸强度、弯曲强度、冲击性能等测试，可以客观评价环氧树脂老化后的力学性能变化；化学性能测试则主要集中在老化后环氧树脂的化学结构和成分的变化，包括红外光谱分析、热分析等；表面形貌观察通过扫描电镜观察老化后环氧树脂的表面形貌变化，了解老化过程中的微观结构变化。

这些检测方法为环氧树脂老化状况的评估提供了科学的手段。

三、环氧树脂抗老化改性技术针对环氧树脂的老化问题，研究者们也在不断探索和开发抗老化改性技术。

其中包括添加抗氧化剂、紫外吸收剂、光稳定剂等，以减缓光照老化的过程；通过改变环氧树脂的分子结构或者引入包覆材料来增强其抗热老化能力；通过合成耐候性好的环氧树脂树脂来提高其抗氧化、老化的能力等。

浅析环氧材料的耐水性和耐湿热性

科技视界Science &Technology VisionScience &Technology Vision 科技视界在当前的工业领域中,环氧材料有着非常广泛的应用,并且大多数情况下都能发挥很好的性能作用。

但是在实践中发现,在水中或是一些潮湿闷热的环境中,环氧材料在使用过一段时间后就可能会出现性能减弱的情况,特别是在温度为50-60℃、湿度超过95%RH 的环境中,其承载能力会不断的减弱,甚至还可能直接失效,从而使得环氧材料失去其原本的作用。

这种现象就是环氧材料湿致破坏。

其对环氧材料的应用产生了很大的影响作用,是阻碍其进一步广泛应用的最大因素,必须要尽快解决解决这一问题。

本文就通过分析湿致破坏来探讨其提高性能的途径措施。

1环氧材料的湿致破坏的成因分析对于环氧材料而言,之所以会出现湿致破坏现象,其所形成的原因是非常复杂的。

在潮湿或湿热的环境中,环氧材料的表面会逐渐产生各种化学反应或者发生一些物理变化,从而使其物理性质和化学性质发生变化。

具体来讲,环氧材料湿致破坏的主要成因机理有以下几点:1.1湿润润湿是湿致破坏的首要(必要)条件。

环氧树脂是一种极性材料,水也是一种极性物质,二者有较好的亲和性。

环氧材料的颜填料又多为亲水性物质,因此环氧材料能被水润湿,使表面能降低,从而易产生湿致破坏。

1.2吸附、扩散、渗入、吸收水分子的体积很小,极性很大,粘度又很低,因而易于被吸附到固体表面,并易于扩散到固体内部。

环氧树脂、颜填料、增强材料及其它添加剂中含有大量极性基团,则更有利于水的吸附和吸收。

水在固体表面的吸附,将固体表面润湿,降低了固体的表面能,从而有利于裂纹的产生和扩展。

水分子渗入环氧固体物内部与大分子链上的极性基团相结合,撑大了大分子间的距离,出现了溶胀现象,降低了分子间力、强度及模量,也使大分子链易于运动,呈现增塑作用,在一定程度上有利于阻止裂纹的扩展。

对于金属、玻璃、陶瓷等具有亲水性表面的被粘物,水分子更容易沿界面渗透。

环氧树脂的绝缘性能应用资料

一、环氧树脂在电工绝缘领域中应用的特点二十世纪四十年代末，环氧树脂开始被应用于电工绝缘领域，至今已经有五十余年的历史。

双酚A型环氧树脂/酸酐体系是当前输变电设备绝缘浇注材料的主要品种，其优点突出：✓具有良好的粘接性；✓固化过程中收缩率低；✓在固化过程中不产生小分子；✓耐热性、耐药品性优良；✓机械强度高；✓电气绝缘性能优良。

但其缺点也很明显：✓脆性大，抗开裂性能差：如产品浇注后开裂，存放期开裂，低温开裂，在线路运行中开裂；✓脆性往往导致设备性能不达标：如局放不达标，耐冷热冲击不达标，动热稳定性不达标，绝缘子抗弯力不达标等；随着对输变电设备性能要求的提高，问题越发突显出来。

例如：1、结构复杂的输变电设备及部件应力集中问题显著，更容易开裂；2、设备使用条件更加严酷，如需要经受强烈温度冲击，适应电网运行波动，提高动热稳定性，保证长期质量，降低局放等。

二、环氧树脂绝缘层受力情况分析产生上述问题的原因在于环氧树绝缘材料在输变电设备制造过程及使用过程中会受到多种力的作用：1、固化过程中由于化学反应发生收缩产生的收缩应力；2、环氧树脂与金属的线膨胀系数的差异产生的应力图2-1 包裹或镶嵌金属零件的绝缘体示意图3、绝缘层自身因温度变化而产生应力4、电动力与外力作用可见，绝缘体受力是必然的，不能消除的，而且是不断变化的，这种应力的存在是使环氧树脂绝缘层产生内部裂纹的主要原因，而这种力又是客观存在的，因此只有提高环氧树脂本身抵抗这种内部应力的能力才是减弱和消除内部缺陷，从而降低局放的主要手段。

三、提高环氧树脂绝缘浇注制品品质的三个环节1、设计合理2、提高环氧树脂绝缘材料的韧性3、浇注工艺合理从以上三点来看，由于设计一般是固定的，所以运用合理的工艺和提高环氧树脂本身的韧性，减弱和消除绝缘体内部的气泡或缺陷是降低局放的根本方法。

四、提高环氧树脂绝缘材料的抗开裂性能是解决问题的关键在电工绝缘领域为克服环氧树脂的脆性采取了很多方法，绝大多数采用的是增柔，增柔技术大幅度地降低了树脂绝缘体的耐热性，而抗开裂性增加有限。

湿热环境中环氧树脂复合材料力学性能

摘要环氧树脂作为涂料、交联剂、封装材料等广泛应用于国防与民用工业各个领域，其热力学性能受湿热环境影响很大，生产中常填充硅微粉等填料以提高性能。

硅微粉对环氧树脂性能的改善作用具有重要的研究和应用价值。

本文使用Material Studio构建了环氧树脂及熔融硅微粉原子模型，通过分子动力学模拟(MD)，分别获得了环氧树脂及熔融硅微粉在不同温度和含湿量下的力学参数，以及其湿热膨胀系数，水分子在环氧树脂中的扩散系数；在此基础上，采用广义自洽法(GSCM)研究环氧树脂/硅微粉复合材料的力学性能，采用细观力学理论计算得到环氧树脂复合材料的湿热膨胀系数；此后，构建了环氧树脂复合材料的代表性体元，通过有限元(FEM)模拟获得了环氧树脂/硅微粉复合材料的力学参数及湿热膨胀系数，并与广义自洽法等细观力学理论的研究结果进行对比。

此外，本文采用分子动力学方法研究环氧树脂和晶态二氧化硅、环氧树脂和聚合物的界面，构建了环氧树脂-晶态二氧化硅、环氧树脂-聚合物界面分子动力学模型，模拟获得不同湿热环境下的界面相互作用能。

研究结果表明：湿热环境会降低环氧树脂及其复合材料的力学性能，填充硅微粉填料可以显著提高环氧树脂的力学性能；环氧树脂的湿热膨胀系数随着硅微粉含量的增加而降低；温度升高或含湿量增加降低了环氧树脂-晶态二氧化硅、环氧树脂-聚合物的界面相互作用能，降低了其黏结强度，因而对环氧树脂/晶态二氧化硅、环氧树脂/纳米二氧化硅复合材料的强度产生影响。

关键词：环氧树脂；硅微粉；分子动力学模拟；广义自洽法；湿热膨胀系数；界面相互作用能AbstractAs packaging materials,coatings and cross-linking agent,epoxy resin is widely used in national defense and various fields of civilian industries,it’s thermodynamic properties will be influenced significantly in hot and humid environment,So silica powder and other fillers are often used to improve the properties of epoxy resin in real productions.The improvement effect of silicon powder on the properties of epoxy resin has important research and application value.In this paper,the atomic model of epoxy resin and fused silica powder is constructed by Material Studio,the mechanical parameters of epoxy resin and fused silica powder under different temperature and moisture content are obtained by means of molecular dynamics simulations(MD),and the moisture-heat expansion coefficient as well;On this basis,the mechanical properties of epoxy resin/silica powder composites were studied by generalized self consistent method(GSCM),and the thermal expansion coefficient of epoxy resin composites was calculated by using the theory of micro-mechanics;Thereafter,the representative volume elements of epoxy resin and silica powder composite materials are constructed.The mechanical parameters and moisture-heat expansion coefficient of the composite materials are obtained through finite element simulations,and the results under different approaches are compared.In addition,the molecular dynamics method is used to study the epoxy resin and crystalline silicon dioxide interface,the molecular dynamics model of epoxy resin/crystalline silicon dioxide interface is constructed,and the interaction energy of the interface under different heat and moisture conditions was simulated.The results show that:the mechanical properties of epoxy resin and it’s composites are dwindled in hot-humid environment,the mechanical properties of epoxy resin can be improved significantly by filling with silica powder.The moisture-heat expansion coefficient of epoxy resin decreases with the increase of the content of silicon powder;The interaction energy and bond strength between epoxy resin and crystalline silicon dioxide is decreased with the increase of temperature or moisture content,therefore,the strength of the epoxy resin /crystalline silicon dioxide composite is affected.Keywords:epoxy resin;silicon powder;molecular dynamics simulation;generalized self consistent method;moisture-heat expansion coefficient;interaction energy of interface目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1复合材料概论 (1)1.1.1复合材料的定义 (1)1.1.2复合材料的种类 (2)1.1.3树脂基复合材料 (3)1.1.4复合材料细观力学简介 (4)1.2环氧树脂、硅微粉及其复合材料 (5)1.2.1环氧树脂、硅微粉及其复合材料简介 (5)1.2.2环氧树脂热力学性能的研究现状 (7)1.2.3环氧树脂/硅微粉复合材料热力学性能的研究 (8)1.2.4界面相互作用能的研究 (9)1.3本文的主要研究内容 (9)第二章分子动力学方法 (11)2.1分子动力学方法基本原理 (11)2.2分子动力学力场 (12)2.3周期性边界条件 (14)2.4温度和压力调节方法 (14)第三章环氧树脂及熔融硅微粉分子动力学模拟研究 (16)3.1分子动力学模型建立 (16)3.2.1环氧树脂分子动力学模型建立 (16)3.2.1熔融硅微粉分子动力学模型建立 (19)3.2力学参数与膨胀系数模拟方法 (20)3.2.1静态常应变方法 (20)3.2.2湿热膨胀系数模拟方法 (21)3.2.3环氧树脂中水分子扩散系数的计算方法 (21)3.3模拟结果 (22)3.3.1环氧树脂及熔融硅微粉力学参数 (22)3.3.2环氧树脂及熔融硅微粉湿热膨胀系数 (24)3.3.2环氧树脂中水分子的扩散系数 (25)3.4本章小结 (31)第四章环氧树脂/球形熔融硅微粉复合材料热力学性能的理论研究与模拟仿真 (33)4.1环氧树脂/球形熔融硅微粉复合材料力学性能参数 (33)4.1.1广义自洽方法 (33)4.1.2有限元模拟方法 (35)4.1.3计算与模拟结果 (36)4.2环氧树脂/球形熔融硅微粉复合材料湿热膨胀系数 (38)4.2.1理论计算方法 (38)4.2.2有限元模拟方法 (40)4.1.3计算与模拟结果 (40)4.4本章小结 (42)第五章环氧树脂界面相互作用能分子动力学模拟 (44)5.1分子动力学模拟方法 (45)5.1.1环氧树脂-晶态二氧化硅界面相互作用能模拟方法 (45)5.1.2环氧树脂-聚合物界面相互作用能模拟方法 (46)5.2模拟结果 (50)5.1.1环氧树脂-晶态二氧化硅界面相互作用能模拟结果 (50)5.1.2环氧树脂-聚合物界面相互作用能模拟结果 (52)5.3本章小结 (55)结论与展望 (57)结论 (57)展望 (58)参考文献 (59)第一章绪论第一章绪论1.1复合材料概论1.1.1复合材料的定义复合材料是指由两种或两种以上单一材料复合而成的材料，其种类很多，常见的如：钢筋混凝土，添加植物秸秆的泥土，用纤维加固的聚合物材料等。

塑封功率器件在湿热老化试验中分层导致的电化学腐蚀的分析

文章编号:0427 7104(2009)05 0539 06收稿日期:2009 03 26基金项目:国家自然科学基金资助项目(50701010);国家科技基础条件平台建设资助项目(2005DK A 10400 Z13) 作者简介:方强(1984 ),男,硕士研究生;通讯联系人:俞宏坤,副教授,硕士生导师.塑封功率器件在湿热老化试验中分层导致的电化学腐蚀的分析方强1,蒋益明1,李劲1,邵雪峰2,俞宏坤1(1.复旦大学材料科学系,上海200433; 2.苏州快捷半导体有限公司,苏州215021)摘要:某种T O252封装形式的塑料封装功率器件在85 /85RH 条件下湿热老化后发生分层失效,具体过程为环氧塑封料铜基板界面产生分层裂纹,铜在湿热环境下发生缝隙腐蚀,裂纹不断向封装体内扩展,当分层扩展至Sn P b 焊料时,发生Cu Sn 63Pb 37电偶腐蚀.对分层断面产物的分析表明,铜基板表面存在含铅的腐蚀产物.测定了器件Sn Cu Sn 63P b 37体系的电化学极化曲线,并对发生电偶腐蚀后的Cu Sn 63P b 37进行了形貌及成分分析,发现SnPb 共晶钎料中的富铅相优先发生腐蚀,铅离子发生迁移并在铜的表面沉积.在此基础上提出了湿热老化条件下封装分层导致的电化学腐蚀的机理,与实验现象吻合得很好.湿热老化条件下的电化学腐蚀可以加速分层裂纹的扩展,使塑封器件的预期可靠性寿命下降,在湿热环境下服役的塑封器件的寿命预测中必须将其作为一个考虑的因素.关键词:塑料封装;湿热老化;分层;Cu SnPb 电偶对;电化学腐蚀中图分类号:T G 172 文献标志码:A塑料封装因其广泛的适应性,低廉的价格,高良率以及良好的综合性能,在功率半导体器件的封装中得到了广泛的应用[1].但塑料封装是非气密性封装,在环境中容易吸湿.环氧塑封料(Epo xy M olding Co mpound,以下简称EM C) 铜基板(Die Attach Pad,以下简称DAP)的粘接界面在湿热老化试验或使用过程中极易发生由水汽和热变应力共同作用下的分层现象,这在高电压、高电流、高工作温度的功率器件上体现得尤为明显.在湿热老化试验中,当EM C 与铜基板的界面发生分层之后,铜基板表面会吸附水汽形成连续的水膜,当溶液随裂纹扩展至钎料层时,必然引发电化学腐蚀.这方面的研究鲜有报道,一般都集中在器件在工作状态下钎料在电流作用下的电化学迁移行为上[2 3],而这种电化学腐蚀在器件非偏置状态下便可以进行.邱萍等对Cu/Sn 63 Pb 37偶对在模拟湿热大气环境中的电化学腐蚀现象进行了研究,揭示了该电偶对在40 ,95%RH 老化条件下的电极反应,主要的腐蚀产物为CuCO 3!Cu(OH )2和2PbCO 3!Pb(OH )2[4].在电子器件的加速可靠性试验中,老化条件更加苛刻,GB/T 2423.50 1999规定电工电子环境试验的严酷等级∀即为85 ,85RH ,168h,在热激活下电化学腐蚀更容易发生.真实器件内部在湿热老化试验中发生水溶液覆盖下的局部腐蚀,与均匀的电偶腐蚀还是有区别.因此有必要对与真实器件结构相符合的Sn Cu Sn 63Pb 37体系局部电化学腐蚀进行研究.对于那些在湿热等严苛条件下服役的塑封器件,粘接面分层导致的电化学腐蚀应该作为可靠性寿命预测时必须考虑的一个重要因素,这对于现有的可靠性模型是一个很好的补充和完善.本文对某种TO252封装形式的功率器件在85 ,85RH ,168h 老化后环氧塑封料铜基板界面分层进行了失效分析,发现基板表面发生了Cu 和Sn 63Pb 37焊料的腐蚀现象.测定了各种金属及Cu Sn 63Pb 37电偶对的电化学极化曲线,对腐蚀的机理进行了讨论.1 实验方法选取某种T O 252封装形式的功率器件为研究对象,其封装结构如图1(见第540页)所示.引线框架第48卷第5期2009年10月复旦学报(自然科学版)Journal of Fudan University (Natural Science)Vo l.48No.5Oct.2009材料为广泛使用的C192合金,成分为Cu 0.1Fe 0.03P.芯片贴装材料为Sn 63Pb 37共晶钎料,封装体外面的引脚及铜基板表面均电镀了一层纯锡.图1 功率器件封装结构示意图Fig.1 Schem atic cross sect ion st ructure of pow er device该器件在85 ,85RH 湿热老化168h 后,EM C 与铜基板粘接界面发生了严重的分层,其扫描超声显微镜(C SAM )照片如图2所示,图中箭头所指的区域超声波形发生反转,界面显示分层[5].图2 分层器件的扫描超声显微镜检测Fig.2 C SAM nondestructive t est on the delam inated device对分层失效器件使用液氮冷冻的方法进行开封,得到光洁的粘接界面.使用光学显微镜以及扫描电子显微镜(SEM)对断口形貌进行了分析,并利用EDX 能谱对腐蚀的产物进行了定性研究.在CH I 660B 电化学平台上采用动电位扫描法测定了Sn,Pb,Cu,Sn 63Pb 37四种金属及Cu Sn 63Pb 37电偶对在0.01m ol/L NaCl 水溶液中的T afel 极化曲线.工作电极为被测金属,工作面面积为10mm 2,经水磨砂纸打磨抛光至1200#,清洗、除油、干燥后用环氧树脂封装.极化曲线的测试均采用三电极体系,辅助电极为铂片,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),起始扫描电位为-1000m V,终止电位为+1000m V,电位扫描速度为1m V/s.利用SEM 、EDX 对Cu Sn 63Pb 37电偶腐蚀过后的表面形貌及成分进行了分析.2 结果与讨论2.1 断面显微观察对失效器件进行开封去除表面包覆的EMC,使用低倍光学显微镜对铜基板表面进行观察,结果如图3所示.与图2对应,铜基板表面与EM C 无分层和分层区域的铜板颜色发生了明显的区别.无分层的部位呈浅红棕色,分层部位颜色变得暗淡,顶部分层严重的部位在光学显微镜下显示为灰绿色,说明在湿热老图3 分层器件开封后的光学显微镜照片Fig.3 Microscope images of the DAP after decapsulation化实验中发生了Cu 的腐蚀现象,生成了含Cu 2+的腐蚀产物.对上述分层部位进行扫描电镜观察,结果如图4所示.无分层部位的铜基板表面非常平滑,机械加工的痕迹还清晰可见.分层后的铜基板表面在扫描电镜下发现有针状结晶物,铜基板的其他部位变得更为粗糙,布满了极小的颗粒状物质,机械加工的划痕已经被腐蚀的产物完全填充而不可见.针状结晶物的EDX 能谱如图4(c)540复旦学报(自然科学版)第48卷图4 铜基板表面形貌及成分分析Fig.4 SEM images of the Die Attach Pad surface所示,腐蚀产物中含有大量的铅元素.而EM C 及铜基板的粘接面上本身是没有铅的,说明在湿热老化过程中,锡铅焊料中的铅在分层裂缝内的水溶液中发生迁移,并在铜基板的表面沉积形成结晶.2.2 Sn Cu Sn 63Pb 37体系的电化学性质各种金属的极化曲线如图5所示.铜的腐蚀电位最高,在整个体系中总是作为阴极而存在.锡的腐蚀电位最低,在整个体系中起到牺牲阳极的作用,从而使铜受到保护.但锡在溶液中的腐蚀电流极小,溶解非常缓慢,锡的阳极极化表现出明显的钝化特性,表面会形成致密的SnO 2薄膜[6],阻碍腐蚀的进一步进行.当电位增加到一定值时,腐蚀电流迅速增大,说明此时钝化膜发生穿孔腐蚀,不能再起到保护的作用.器件的管脚镀锡不仅能够提高装配时的可焊性,并且可以提高管脚在环境中的耐腐蚀性能.铅的腐蚀电位介于锡和铜之间,阴极极化比锡表现出更明显的浓差极化行为,在-700m V 以下电流密度要远远超过锡.铅的阳极极化没有钝化特性,腐蚀电流很高,在溶液中溶解的速度非常快[7 8].Sn 63Pb 37共晶组织由富铅相和富锡相两相组成,且铅在锡中的固溶度极小,铅主要存在于共晶组织的富铅相中.钎料中的富铅相在电化学腐蚀过程中被溶解,Pb 2+进入溶液,并在铜的表面发生沉积.而钎料中的富锡相由于锡的钝化作用,Sn 2+难以在溶液中发生迁移,因此铜表面的腐蚀产物中没有发现锡元素.这与实验现象相符.综上,Sn Cu Sn 63Pb 37体系的局部腐蚀有选择性,选择性的顺序为Pb>Cu>Sn [9].当Cu 与钎料组成电偶对时,它们的相互作用取决于他们的开路电位,极化曲线如图6所示.Cu 的电位较正其腐蚀将会受到抑制,Sn 63Pb 37的电位较负其腐蚀将受到加速.作为阴极的Cu 存在钝化区,而Sn 63Pb 37电极收阴极极化的活化作用不断增强.在实际情况中,功率器件封装的铜基板面积特别大,这样就形成了大阳极小阴极的电偶对,钎料部分的电流密度较大,腐蚀速率较快.2.3 腐蚀形貌分析Cu Sn 63Pb 37发生电偶腐蚀后的表面形貌如图7(见第542页)所示.实验结果表明,Cu 表面未见明显541第5期方强等:塑封功率器件在湿热老化试验中分层导致的电化学腐蚀的分析腐蚀,锡铅钎料表面发生均匀腐蚀,表面散布着很小的蚀坑.蚀坑区域EDX 图谱如图7(d)所示,结果表面蚀坑区域表面的Sn 元素含量很高,超过了Sn 在Pb 中的最大溶解度.根据锡铅平衡相图,Sn 在Pb 中的最大溶解度为19.2%说明在腐蚀过程中Pb 溶解并进入溶液,而Sn 基本上可以认为不发生腐蚀,因此被腐蚀部位(即富铅相)锡的含量变得很高.图7 Cu PbSn 电偶腐蚀形貌及EDX 能谱分析Fig.7 Corrosion morphology of the eut ectic Sn Pb and EDX analysis2.4 腐蚀过程分析由EMC 铜基板粘接界面分层造成的腐蚀可以分为以下几个阶段.第一阶段:腐蚀环境的形成.湿热老化试验过程中,水汽从粘接面边缘侵入,在热应力及水汽压力共同作用下,EMC 铜基板粘接面发生断裂形成裂纹,水汽进一步侵入封装体内部形成连续的水膜.第二阶段:铜在水汽氛围中的缝隙腐蚀.Cu H 2O 体系发生如下的电极反应:阳极:2Cu 2Cu 2++4e,阴极:O 2+2H 2O+4e 4OH -,总反应:2Cu+O 2+2H 2O 2Cu(OH )2.电子的交换发生在Cu 和EM C 的界面,而高温下O 2的在水中的溶解度急剧降低,阳极反应的结果是破坏了水的电解平衡,缝隙中的水溶液环境中H +浓度不断升高.水溶液的酸化会对环氧树脂的腐蚀产生自催化作用,加速界面分层裂纹的扩展.而环氧树脂自身的腐蚀机理非常复杂,主要是腐蚀介质及环境的化学反应使热固性环氧的某些化学键发生断裂[10],从而使界面粘接效果恶化.第三阶段:Cu SnPb 共晶钎料的电偶腐蚀.当界面分层裂纹进一步扩展,水膜随裂纹扩展至SnPb 钎料表面时,发生Cu 和SnPb 钎料的电偶腐蚀.在纯水中Pb 能够发生析氢腐蚀,但速度比较慢.在水中溶有一定量的氧时,反应急剧加快[11].高温高湿条件下铅的主要腐蚀机制为吸氧腐蚀.阳极:2Pb 2Pb 2++4e,阴极:O 2+2H 2O+4e 4OH -,总反应:2Pb+O 2+OH )2.542复旦学报(自然科学版)第48卷锡铅共晶钎料中的富铅相不断被溶解,Pb 2+在水溶液中发生迁移,与Cu 表面的OH -结合并在Cu 表面沉积.水中溶解的微量CO 2会使腐蚀过程加速,并与Pb(OH )2结合形成碱式碳酸铅,这是铅基金属在环境腐蚀条件下的主要腐蚀产物[12].综上Cu 表面沉积的铅的最终腐蚀产物为氧化铅和碱式碳酸铅.通过对某种塑料封装功率器件湿热老化后界面分层的形貌观察,分层界面上的电化学腐蚀行为的研究,得出以下结论:1)粘接界面分层的初始阶段,铜基板在湿热条件下发生缝隙腐蚀,这是分层裂纹扩展的重要机制之一.2)当分层裂纹扩展至Sn Pb 共晶钎料的表面时,发生Cu Sn 63Pb 37的电偶腐蚀.钎料中的富铅相优先发生腐蚀,Pb 不断溶解进入水膜,并在Cu 的表面形成腐蚀产物沉积.参考文献:[1] 别俊龙,孙学伟,贾松良.吸收湿气对微电子塑料封装影响的研究进展[J].力学进展,2007,37(1):35 47.[2] N oh Bo in,Jung Seung bo o.Char acteristics of enviro nmental factor for elect rochemical mig ration onprinted cir cuit bo ard [J ].J our nal of Materials S cience:M ater ials in Electr onics ,2008,19(10):952 956.[3] No h Bo in,Jung Seung boo.Behav iour of elect rochemical mig ration w ith solder allo ys o n pr inted circuitbo ards (PCBs)[J].Circuit Wor ld ,2008,34(4):8 13.[4] 邱萍,严川伟,王福会.Cu/Sn 63 Pb 37偶对在模拟湿热大气环境中的电化学腐蚀[J].中国腐蚀与防护学报,2007,27(6):329 333.[5] Atkins S,T eems L,Row e W,et al .U se of C SAM acoustical micro sco py in package evaluation andfailur e analysis[J].M icroelectr onics Rel iability ,1998,38(5):773 785.[6] 鲁永奎.固态铅、锡及其合金表面腐蚀动力学[J].北京科技大学学报,1991,13(5):493 497.[7] Lee Shin bo k,Y oo Y oung ran,Jung Ja yo ung ,et al .Electro chemical migr ation char act eristics of eutecticSnP b so lder alloy in printed circuit board [J].T hin So lid Films ,2006,50(4):294 297.[8] Lee Shin bok,Jung Ja y oung ,Yoo Yo ung ran,et al .Dominant migration element in electrochemical migrationof eutectic SnPb solder alloy[A].Proceedings I EEE 56th Electr onic Comp onents and Technology Conf erence[C].San Diego,United States:Institute of Electr ical and Electr onics Engineers Inc,2006:621 624.[9] 王菊琳,许淳淳,吕国诚.三元青铜/环境界面上物质转移的化学行为[J].材料研究学报,2004,18(3):244 250.[10] 陆峰,钟群鹏,曹春晓.碳纤维环氧复合材料与金属电偶腐蚀的研究进展[J].材料工程,2003,4:39 43.[11] 姚维义,唐谟堂,彭可,等.铸造铅腐蚀机理的研究[J].腐蚀科学与防护技术,2004,16(4):203 206.[12] 金普军,秦颖,龚明,等.九连墩楚墓青铜器铅锡焊料的耐腐蚀机理[J].中国腐蚀与防护学报,2007,27(3):162 166.543 第5期方强等:塑封功率器件在湿热老化试验中分层导致的电化学腐蚀的分析544复旦学报(自然科学版)第48卷A Study on Electrochemical Corrosion Induced byDelamination during Hydrothermal Aging inPlastic Encapsulated Power DeviceFANG Qiang1,JIANG Yi ming1,LI Jin1,SHAO Xu e feng2,YU Hong kun1(1.Dep artment of Material Science,Fudan Univ ersity,S hanghai200433,China;2.Fairchild Semicond uctor S uz hou Co.,L td,S uzhou215021,China)Abstract:Delamination failure of a specific TO252plastic encapsulated power device occurred in85/85RH hydrothermal aging test.It was to study the electrochemical corrosion behavior induced by the delamination.Fracture surface of the delamination w as invest igated by microscope,SEM and EDX,corrosion products wit h accumulated Pb was det ected on the Cu substrate.Corrosion t est was performed for Sn Cu Sn63Pb37system.According t o the polarization characteristics of t he relat ed metal materials and corrosion m orphology of Cu Sn63Pb37 galvanic couple,Pb rich phase in eutect ic SnPb solder w as more susceptible to polarize and be dissolved into the water.T he Pb ion m igrated to the Cu surface and formed precipitate.T he process and mechanism of t his electrochemical corrosion have been proposed w hich agree w ell w ith the experiment results.The corrosion induced by t he delamination must be taken into consideration for life predicat ion of the plastic encapsulated device in high temperature&high humidity aging test.Keywords:plastic encapsulat ed devices;hydrothermal aging;delamination;Cu SnPb;electrochemical corrosion (上接第538页)Crystallization Behavior of Poly(4,4# aminocyclohexyl methylene dodecanedicarboxylamide)D ON G Jian tin g,HU Yi min,F AN Z hong yong(Department of Materials S cience,Fudan Univ ersity,Shanghai200433,China)Abstract:Isothermal cryst allization and melting behaviors of poly(4,4# aminocyclohexyl methylene dodecane dicarboxylamide),as a novel cycloaliphat ic microcrystalline polyamide(named PA PACM12),w ere investigated by m ean of differential scanning calorimet ry(DSC).M ultiple m elting peaks w ere observed for microcrystalline PA PACM12after crystallized at t he temperature range from425to441K for60min.The temperatures of low melting peaks(T1m)of microcrystalline PA PACM12shifted to high temperature wit h the increasing of isothermal temperatures,and exhibited a maximum value at466.1K.While the temperatures of high melting peaks(T2m) were almost constant w ith the value of about522K.The values of T1m gradually increased w ith isothermal crystallization time at441K for various time,and shifted to T2m,w hich w as about523K.By the melt crystallization of samples,the T1m and T2m increased from493.6t o508.9K and522.1to526.6K at the crystallization temperature range from473K to489K for60min,respectively.Meanw hile,the T1m(490.3K) shifted to high temperature at515.6K during various cryst allizat ion periods.T he form structure crystals of microcrystalline PA PACM12were established by w ide angle X ray diffraction(WAXD).Keywords:polyamide PACM12;microcrystalline;polyamide12;crystallization。

耐湿热高性能环氧树脂的研究进展

耐湿热高性能环氧树脂的研究进展环氧树脂（EP）之所以能在民用领域（尤其是电子封装工业）中得到广泛应用，是因为其制备工艺简便和成本较低；另外，随着先进微电子封装技术的快速发展，EP的物理性能、机械性能和热性能等也得到不断改进，如EP的热稳定性优、机械强度高，但其电绝缘性、吸湿率的耗散因素、热膨胀系数、内应力和模量等均较低。

由于水在EP中被吸收，将导致EP的热性能、电性能和力学性能等恶化，从而限制了其使用范围；另外，吸收了水分子的EP封装材料等，会因水分子的汽化膨胀而发生焊裂现象。

因此，电子封装用EP要求具有高纯度、低收缩性、优良的耐热性、低吸湿性和快速固化等优点。

EP的结构决定了它的使用性能，因而大多数研究主要是将耐热性、耐湿性的基团引入EP中，以提高其综合性能。

但是，提高EP的耐热性和降低EP的吸水率是相矛盾的。

通常采用提高交联度的方法来提高材料的耐热性，但提高交联度又会导致其吸水率增大，这是由于EP的吸水速率和平衡吸水量主要由自由体积和极性基团浓度所决定。

为了解决这一难题，出现了一系列具有耐高温、低吸水率等高性能的EP。

环氧树脂EP可用于电子封装EP的改性01有机硅改性EP目前，国内外一般通过物理共混或化学反应这两种方法将有机硅引入EP中。

物理共混虽然成本较低，但有机硅与EP相容性较差，故改性效果不佳；化学反应主要利用有机硅端基官能团（如烷氧基、氨基和羟基等）与EP中的环氧基进行反应，生成接枝或嵌段共聚物，这样既可以提高耐热性，又可以增强韧性，因此该方法已成为国内外电子封装领域中的研究热点之一。

另外，含硅EP本身又具有优良的阻燃性，可以在树脂表面形成耐热保护层，是一种环境友好型阻燃剂。

Li等采用纳米二氧化硅和γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷对EP 进行改性，可以在EP和纳米二氧化硅之间形成交联网络结构；经TXH-651固化剂固化后，改性EP固化物具有优良的冲击强度、热性能和体积电阻率。

Wang等通过苯基三甲氧硅烷分子中的有机硅活性端基与EP中的环氧基进行反应，从而将有机硅链段引入EP中。

环氧树脂老化研究

环氧树脂老化研究环氧树脂是一种常用的工业原料，广泛应用于航空航天、电子电器、建筑材料、汽车制造等领域。

随着使用时间的增长，环氧树脂会发生老化现象，导致其物理性能和化学性能下降，从而影响其使用效果和寿命。

研究环氧树脂老化规律及其影响因素对于提高其使用性能和延长其寿命具有重要意义。

一、环氧树脂老化的特点和表现形式环氧树脂老化主要表现在以下几个方面：1. 力学性能下降：环氧树脂老化后，其强度、韧性、硬度等力学性能会逐渐降低，导致材料变脆或变软，从而引发开裂、变形等问题。

2. 热性能降低：老化后的环氧树脂在高温下容易软化，导致材料失去原有的载荷能力和稳定性。

3. 化学稳定性下降：老化环氧树脂可能会产生氧化、分解等化学反应，从而降低其化学稳定性和耐腐蚀性。

4. 外观变化：老化环氧树脂表面可能出现发黄、褪色、霉斑等现象，影响产品的美观性和外观质量。

二、环氧树脂老化的影响因素1. 温度：高温会加速环氧树脂的老化过程，长时间高温环境是导致环氧树脂老化的主要因素之一。

2. 光照：紫外光对环氧树脂的影响较大，长时间的紫外照射会导致环氧树脂发生光老化，使其机械性能和光学性能受损。

3. 湿度：湿热环境下，环氧树脂容易发生水解和水吸收，加速了其老化过程。

4. 化学介质：环境中的化学介质如酸、碱等会对环氧树脂产生腐蚀作用，从而影响其性能和寿命。

三、环氧树脂老化研究方法1. 实验方法：通过对环氧树脂在不同老化条件下的性能变化进行实验观察和测试，如拉伸强度、断裂伸长率、硬度、玻璃化转变温度等性能指标的测试，以及老化后材料微观结构的观察分析，来研究其老化机理和规律。

2. 数值模拟方法：通过建立环氧树脂老化的数值模型，模拟不同环境条件下的老化过程，预测和评估环氧树脂的老化程度和寿命。

3. 表征分析方法：利用扫描电镜、红外光谱、热重分析等技术手段，对老化环氧树脂的结构、成分、热性能等进行表征和分析，揭示其老化过程和机制。

四、环氧树脂老化抑制和改性技术1. 添加抗氧化剂：在环氧树脂中添加抗氧化剂可以有效延缓其氧化老化过程，提高其耐热性和耐光性。

环氧胶在亚热带湿润性气候中的老化行为研究

第5卷第3期2008年06月装备环境工程E Q U I PM E N T E N X7I R O N M EN T A L E N G I N E ER I N G9环氧胶在亚热带湿润性气候中的老化行为研究文伟1，张三平1，倪晓雪1，杨昊1，方达经2(1．武汉材料保护研究所，武汉430030；2．武汉大学资源与环境科学学院，武汉430072)摘要：通过环氧树脂胶粘剂及粘接件在武汉地区的一年大气曝晒试验和力学测试、表面分析等方法，研究了环氧树脂胶粘剂在该气候环境中的老化失效行为规律。

结果表明，环氧树脂胶在光照充足、高温高湿季节力学强度和表面光泽度下降较快；水、光照和温度是导致环氧树脂胶粘接失效的重要因素。

关键词：环氧胶粘剂；亚热带湿润性城市气候；大气曝晒试验；老化中图分类号：T Q050．45文献标识码：A文章编号：1672—9242(2008)03—0009—03R e s ea r c h on W eat her i ng of E poxy R e si n A dhe s i vei n t he Subt r opi cal H um i d C i t y C l i m a t eW E N W ei l，Z H A N GS a nw i n91，N I X i ao．菇粥1，Y A N G H a01，FA N G D a-j i n92 (1．R esea r ch I n s t i tut e of M at er i al s Pr ot ect i on，W uban430030，C hi na；2．W uhan U ni ve r si t y，W uha n430072，C hi na)A bst r ac t：T he e poxy r es i n adhes i ve sa m p l es w er e ex po sed i n W uh an at m os phe r i c t e s t s t at i on．By m e cha ni ca l t e s t a nd sur f ac e a—nal ys i s，t he w ea t her i ng r egula r i ty of epoxy r es i n adhe si ve W a S di scu sse d．T h e m e cha ni ca l pr oper t i es a nd gl os s ines s fal l do w n f as t er i n t he season s w i t h ab un dan t l ight sup pl y，h i gh t e m per a t ur e，an d hi s h hum i di t y．W at er，l i ght，and t em per a t ur e ar e t he m ai n f act or s cau-s ing t he f ai l u r e of e poxy r es i n a d he si ve．K ey w o r ds：epo xy r es i n adhes i ve；sub t r opi cal hum i d ci t y cl i m at e；at m o spher i c i ns ol af i ng；w eat her i ng环氧树脂胶粘剂对金属、塑料、玻璃、陶瓷等材料都有很好的粘接性能，在粘接固化后具有优良的机械性能、电气绝缘性能、耐热性和耐化学品性能，因而在机械加工制造、电子电气、航空航天、造船、汽车、建造等方面都有广泛的应用…。

环氧树脂及其复合材料老化失效机制研究进展

环氧树脂及其复合材料老化失效机制1究进展费晓春$,孙德文2,李波2,蔡兵华％,李忠超％（1.中铁四局集团第二工程有限公司，江苏苏州215000；2.江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏南京2111000；3.武汉市市政建设集团有限公司，湖北武汉430000）摘要：环氧树脂为一种三维交联的固体材料，具有超强粘接性、耐热性、耐化学药］等特点，在建筑修补加固中应用极其广泛，但在应用过程中易发生老化。

老化形式主要有热氧老化、湿热老化、紫外光老化、化学腐蚀老化，老化失效形式可能为其中一种或多种老化形式。

在某些特环境中，材料老化形式还包括盐雾老化，深海高压压力、水流催化老化等。

通过对不同老化形式机理的分析，有材料耐老化性能改性，对材料应用服役环境中主要老化形式进行对症性改性，提升材料的综合耐久性能&关键词：环氧树脂；老化；紫外；腐蚀；复合材料Abstract：Epoxy resin is a kind of three-dimensional cross-linked solid material,which has the characteristics of super adhesion,heat resistance and chemical resistance.It is widely used in building repair and reinforcement.It is inevitable that epoxy resin will be aged in the application process.The aging forms of epoxy resin in the service environment of buildings mainly include thermal oxygen aging,humid heat aging,ultraviolet light aging and chemical corrosion aging.The aging failure forms may be one or more of the composite aging forms.In some special service environments,and the aging forms of materials also include salt fog aging,deepsea high-pressure pressure,water catalytic aging and so on.Through the analysis of the mechanism of different aging forms,it is helpful to clarify the research direction of the material aging resistance modification in the later period,to modify the main aging forms in the service environment of the material application,and to improve the comprehensive durability of the material.Key words：epoxy；aging；UV；corrosion；composite0引言环氧树脂与固化剂在室温或中高温条件下固化后，形成三维交联的固体材料，其兼具良好的粘接性、耐热性、耐化学药品等特点。

湿热老化对环氧树脂复合材料性能产生的影响

湿热老化对环氧树脂复合材料性能产生的影响作者：操隆震余万兴来源：《山东工业技术》2018年第08期摘要：湿热老化的环境状态条件，会影响到环氧树脂复合材料的自身性能，从而对于这些材料制作的雷达天线罩产生不良影响，全面探究湿热老化产生的影响，将具有较强的研究意义。

本文主要是从环氧树脂复合材料老化试验的主要方法入手，针对湿热老化对环氧树脂复合材料性能产生的影响进行全面细致的分析和说明。

关键词：湿热老化；环氧树脂；复合材料；性能；影响DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.08.0501 前言环氧树脂及其复合材料在现阶段的雷达天线罩中应用程度较高，能够发挥较大的作用，这主要是因为其本身的力学强度较高，具有较强的耐腐蚀性，工艺性能较高，并且在较为宽广的频率和温度范围内都能够具有较为优异的电性能。

雷达天线罩在实际应用的过程中，免不了遭受风吹日晒，使用性能也会受到很多环境条件的影响，这些环境因素在不同的作用机制下能够影响到复合材料，从而可能会导致这些材料的性能出现下降或者损坏变质的情况，这就是常说的“腐蚀”或者“老化”。

在众多的研究实践中，能够发现湿热老化是影响环氧树脂复合材料自身性能的重要原因之一，需要对其进行全面细致的分析。

2 环氧树脂复合材料老化试验的主要方法针对环氧树脂复合材料在一定环境条件下的老化规律和耐老化性能进行全面评价和研究，通常情况下，能采用的老化试验方法较多，总体上能够划分为两类：一方面是自然老化试验方法，这种方法主要是充分应用了自然环境条件、自然介质开展试验工作，常见的有仓库贮存试验、大气老化试验、水下埋藏试验以及还会浸渍试验等方面。

另一方面是人工老化试验方式，这种方法在实际应用的过程中，主要采用了人工的方式，针对大气环境条件或者试验所需要的特定环境条件进行模拟，重点强化和突出某些因素，从而在较短时间内获取试验结果。

这类方法常见的有热老化试验、人工气候试验、臭氧老化试验以及二氧化硫气体腐蚀试验等方面。

环氧树脂材料热氧老化特性研究

2020年10月电工技术学报Vol.35 No. 20 第35卷第20期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Oct. 2020DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.191165环氧树脂材料热氧老化特性研究谢伟1杨征2,3程显2,3李文博2,3陈硕2,3（1. 国网河南省电力公司电力科学研究院郑州 4500012. 郑州大学电气工程学院郑州 4500013. 河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心郑州 450001）摘要随着以环氧树脂为主绝缘介质的电气设备的推广，环氧树脂的绝缘劣化问题受到广泛关注。

为研究环氧树脂在热积累作用下所产生的绝缘劣化问题，展开热氧老化试验研究。

结果表明：热质量损失率随老化时间均匀变化，可较好地预测使用寿命；局部放电量（PD）、介质损耗角正切值（tanδ）、相对介电常数（εr）均呈现分段式变化趋势，体积电阻（Ωr）仅在临近老化终点显著下降；醚键的大量断裂是导致材料绝缘失效的主要原因；环氧树脂随老化时间的增加，表面分裂形成颗粒状物质，裂隙增多，间距加大，为环氧树脂的绝缘状态监测提供参考。

关键词：环氧树脂绝缘参数热氧老化绝缘状态监测中图分类号：TM215Study on Thermo-Oxygen Aging Characteristics ofEpoxy Resin MaterialXie Wei1 Yang Zheng2,3 Cheng Xian2,3 Li Wenbo2,3 Chen Shuo2,3（1. Henan Engineering Research Center of Power Transmission & Distribution Equipment andElectrical Insulation Zhengzhou 450001 China2. School of Electrical Engineering Zhengzhou University Zhengzhou 450001 China3. State Grid Henan Electric Power Company Electric Power Research InstituteZhengzhou 450001 China）Abstract With the popularization of electrical equipment that uses epoxy resin as the main insulating medium, the insulation degradation of epoxy resin has been widely concerned. In order to study the insulation degradation caused by epoxy resin under thermal accumulation, thermal oxygen aging test was carried out. The results show that the thermal mass loss changes uniformly with aging time, and the service life can be predicted well. Partial discharge (PD), dielectric loss angle tangent (tanδ) and relative permittivity (εr) all show a piecewise trend, while the resistance (Ωr) only decreases significantly near the end of aging. Ether cleavage is the main cause of material insulation failure. As the aging time increases, the surface of the epoxy resin splits to form granular materials, the cracks increase, and the spacing increases, which provides a reference for insulation status monitoring of epoxy resin.Keywords：Epoxy resin, insulation parameters, thermo-oxidative aging, insulation condition monitoring国家自然科学基金（51977195）和中国博士后科学基金（2017M622370）资助项目。

湿热对热固性IC封装材料的吸湿和膨胀特性影响

合后的材料中再加入４％、５％、６％重量百分比ＯＯ５
的二氧化硅微粒，Ｆ一４ｅａｋＢ９０（ｘＤｎａ）平均直径１微米，试样的尺寸为３５０Ｘ８Ｘ１ｍｍ。。固化程序：以上试样在注入模具后，在１０Ｃ固ｏ５
Ｂｉｐｅｏ— Ｓｇ — ｄｉｈＣｏＬｄ，催化剂为ｓｈｎｌＡ（ｉｍａＡｌｒｃ．ｔ）
（ｉｈｎｌｈｓｈｔ，ｌｋｈｍｉ）ｔｐｅｙｏｐａｅＦｕｅＣｅｋ。ｒｐａ
化硅微粒热固化环氧树脂的吸湿特性，此外，以蠕变为例研究了水分对它们的粘弹性的影响。近年来提出了很多聚合物水分扩散的模型，最为广泛为研究人员应用的是一维Ｆｋｎ型【— 】ｉｉ模ｃａ１８，因
过高地估计水分吸湿量，一些研究人员指出该偏离可
以由两阶段Ｆｋｎｉｉ过程解释。ｃａ
众所周知，水分会使环氧树脂变得柔性化，其中
一
个现象就是降低玻璃体化温度和使材料变软。然
而，产生柔性化的机理尚不清楚，研究人员一直有争论。因为水分对环氧树脂基材料有很大的影响，研究人员在此方面作了很多的研究，如结构材料、电子材料和电子封装材料【，４，９１】１ — ２。本文对环氧树脂材料ＥＮ８和填加了二氧化Ｐ１Ｏ１

湿热老化环境对环氧树脂性能影响研究

ｌｗｉｒｆｂｏｔｎｂｈｖｏ．ｈｖｎｎｅｕｌｒｍｉｕｅｃｎｅｔｏ．５ａｄａｄｆｓｖｔｆ１５１ｒｍ％．ｈａｔｍｓｏｓｒｉｅａｉｒａｉｇａｑｉｂｕｍｏｓｒｏｔｎｆ５１％ｎｉｕｉｉｏ．ｘ０ａｎｅａｐｏｉｉｔｙ６Ｔｅ
ＺＨＡＮＧｉＹＡＮＧｉｎｏｇ，ＩＨａｂｎ，ＩｈｎｗＨｕ，ＪａｈｎＬｉｉＬＵＣｅｇｕ
（ｈｅｏｄＡｒｉｅｙＥｇｎｅｎｏｌｇ，ｎ７０２ＣｉａＴｅＳｃｎｔｌｒｎｉｅｒｇＣｌｅＸｉ１０５，ｈｎ）ｌｉｅａ
‘ ａｉｆｒｓｎ．ｇｎｇｏｅｉ
Ｋｅｒｓｐｘｅｉｈｄｏｈｒｌｇｎ；ｇｎｃａｉｍｓｙｗｏｄｅｏｙｒｓｎ；ｙｒｔｅｍａｉｇａｉｇｍｅｈｎｓａ
环氧基复合材料也因其比模量、比强度高及性能的可设计等特点，泛的应用于航空航天领域的结构广设计和制造过程中。作为传递载荷基体材料，氧树环
ｐｏｅｔｓｏｅｅｏｙｒｓｎｄｒｇｈｄｏｈｒｌｇｎｒｔｄｅ．ｔｗｓｆｕｄｔａｅｅｏｙｒｓｎｏｅｓｔｅｓｃｎｉｋＳｒｐｒｅｆｈｐｘｅｉｕｎｙｒｔｅｍａｉｇｗｅｅｓｉｄＩａ０ｎｈｔｔｐｘｅｉｂｙｈｅｏｄＦｃｉｔｉａｕｈ

环氧树脂粘合剂热氧老化机理分析

环氧树脂粘合剂热氧老化机理分析林晓波（汉高粘合剂有限公司，广东揭阳515065）摘要：胶粘剂有着非常悠久的历史，早期主要为天然胶粘剂，而随着现代科学技术的发展，各种合成胶粘剂逐渐出现，并得到广泛的应用。

虽然通过胶粘剂进行连接相对于机械连接来说具有大量的优点，但是由于胶接接头强度受到多种不确定因素的影响，很难控制质量，加上长时间受到高温环境的影响，其耐久性问题值得重点关注。

本论文通过实验室环境对环氧树脂粘合剂在空气环境中的老化行为进行了研究，主要通过热失重分析仪和傅立叶红外光谱仪对其热氧老化机理进行了分析，对评价环氧树脂粘合剂的耐久性提供了基础数据支持。

关键词：环氧树脂粘合剂；热环境；老化行为；老化机理1实验1.1实验准备（1）实验原料实验原料主要包括有机原料和金属连接件两个部分，其中，有机原料主要选用E44环氧树脂以及低分子量聚酰胺。

金属连接件选择LY12CZ铝合金，抗拉强度能够达到580MPa[1]。

因为环氧胶接接头抗剪强度非常高，因此，选择其作为金属胶接件。

（2）实验设备实验所选设备及型号如下所示：电热鼓风烘箱DHG-9070A傅立叶变换红外光谱仪Magna-IR750综合热分析仪STA-6000万能材料试验机TY-80001.2实验方法（1）环氧树脂粘合剂调配按照质量2：1的比例将环氧树脂和低分子量聚酰胺混合均匀。

（2）金属胶接件的制作将铝合金板材加工成为70×20×2mm的标准剪切试样，然后利用120#砂纸对其表面进行打磨，直到露出新鲜的基体，然后将铅板制作为金属胶接件的阴极，并将加工好的铝合金板作为胶接件的阳极，并对其进行阳极化处理，使其表面形成一定粗糙度的一层氧化膜。

（3）胶接接头的制作按照GB7124-86《胶粘剂拉伸剪切强度测定方法》的要求将铝材加工成为规定大小的试片[2]，然后对其表面进行处理，清晰干燥之后得到清洁表面，然后将配置的环氧树脂粘合剂均匀涂抹在粘接件表面，用夹具夹紧搭接部位，标准试样的搭接长度是（12.5士0.5)mm，试样制备后在常温下固化24小时以上。

环氧树脂材料的老化机理与防护方法

环氧树脂材料的老化机理与防护方法摘要：环氧树脂是一类具有三维交联网络结构的热固性高分子材料，具有较高比强度和优良的粘结性能等的优点，在众多工业领域中应用极其广泛。

但由于其内部结构多样性，导致在使用过程中，容易发生内外因素对材料老化失效的负面影响。

本文重点综述了环氧树脂因外部环境因素影响产生的三种老化形式：热氧老化、紫外老化和湿热老化。

通过对不同老化失效形式的因素和机理分析，总结了三种防护方法提高环氧树脂耐老化性能，避免材料外观、结构和性能的破坏，延长使用寿命。

关键词：环氧树脂；基体结构；老化失效；改性；光稳定剂一、引言环氧树脂是一类以芳香族、脂肪族或脂环族结构为骨架，分子中含有环氧基、亚甲基、羟基和醚键等化学基团的热固性高分子合成材料。

它已被广泛地应用于多种金属与非金属的粘接、耐腐蚀涂料、电气绝缘材料、玻璃钢/复合材料等的制造，在电子、电气、机械制造、化工防腐、航空航天、船舶运输及其他许多工业领域中起到重要的作用，已成为各工业领域中不可缺少的基础材料[1]。

但是，环氧树脂由于其结构特点和使用环境不同，容易受到多种因素影响，造成了环氧树脂不同原因的老化现象。

二、老化因素与机理引起环氧树脂老化的因素主要分为内在和外在两种因素。

内在因素主要由环氧树脂本身化学键决定，化学键的构成对其性能影响巨大。

环氧树脂分子间的键能十分容易受到外界因素的影响，造成化学键的断裂而形成自由基。

自由基正是自由基反应的起点，也就是环氧树脂老化的开端[2]。

外在因素即环境因素，主要包括紫外线、大气组成（主要是氧和臭氧等）、温度湿度的变化等其他自然因素。

这些因素与环氧树脂发生了化学作用才导致老化[3]。

本文主要介绍三种外在因素引起的各种老化失效现象。

（一）热氧老化热氧老化对材料的影响主要通过高温和氧气作用来实现，在热氧环境下，环氧主链会受到氧气的攻击而断裂，导致分子量降低。

温度越高，树脂越容易被氧化，同时产生活泼的自由基（R·）。

高频电热应力下环氧树脂绝缘老化特征与寿命评估

高频电热应力下环氧树脂绝缘老化特征与寿命评估在电力系统中，绝缘材料扮演着重要的角色，它们用于保护电力设备免受高电压、高温和其他环境因素的损害。

而环氧树脂作为一种常用的绝缘材料，其绝缘性能和寿命评估是电力行业中的热门话题之一。

特别是在高频电热应力的作用下，环氧树脂绝缘的老化特征以及寿命评估更是备受关注。

1. 高频电热应力对环氧树脂绝缘的影响我们需要了解高频电热应力对环氧树脂绝缘的影响。

高频电热应力是指频率高于50Hz的电场作用下，引起的环氧树脂中的电热耦合效应。

这种效应会导致环氧树脂在高电场下产生局部电子加热，从而产生高温区域。

高温会导致环氧树脂发生物化反应和热氧化老化，从而影响绝缘性能和寿命。

2. 环氧树脂绝缘老化特征的研究为了深入了解高频电热应力下环氧树脂绝缘的老化特征，许多研究人员进行了相关的研究工作。

由于高频电热应力下环氧树脂的老化机理相对复杂，这些研究主要集中在以下几个方面：老化特征的定量表征、老化速率的评估以及老化机理的解析。

2.1 老化特征的定量表征在研究高频电热应力下环氧树脂绝缘的老化特征时，一种常用的方法是通过定量化学分析和物理测试来衡量老化程度。

通过红外光谱、热重分析和介电弛豫谱等测试手段，可以对环氧树脂中的化学键断裂、材料减重以及介电性能的变化进行分析，进而了解老化的程度和特征。

2.2 老化速率的评估老化速率的评估是判断环氧树脂绝缘的寿命的重要依据。

一种常用的方法是通过老化实验，测量在高频电热应力下环氧树脂绝缘材料的寿命。

然而，由于老化时间非常长，需要在较短时间内得出预测结果的需求，研究人员也在不断探索新的评估方法，如人工加速老化方法、模拟模型共振实验、有限元分析等。

2.3 老化机理的解析了解环氧树脂在高频电热应力下的老化机理对于寿命评估和提高绝缘性能具有重要意义。

研究人员通过实验和模拟方法，探讨了环氧树脂中的化学反应过程、电热耦合效应以及材料结构的变化，以揭示老化机理。

这些研究不仅为环氧树脂绝缘材料的应用提供了理论基础，还为环氧树脂的改性和寿命延长提供了指导。

套管用环氧树脂浸纸式绝缘体系热氧老化研究

套管用环氧树脂浸纸式绝缘体系热氧老化研究摘要：环氧树脂浸纸式绝缘体系的电气、机械和热性能是套管至关重要的参数。

因此应对环氧树脂以及固化物开展性能测试和研究，为产品环氧材料的选取、浇注和固化过程的工艺参数提供理论和数据支撑，确保最终的套管能够成功研制。

在开展环氧材料性能研究的过程中，通过加速热氧老化的方式对环氧树脂浸纸的复合材料的老化规律与老化机理进行了研究，可以为环氧树脂绝缘材料的寿命评估和产品设计提供重要依据。

研究采用了红外色谱（FT-IR），扫描电子显微镜（SEM）和热重分析仪（TGA）等分析表征手段对老化前后处理的样品进行分析，通过分析绝缘材料的化学结构，断裂面的微观形貌结构，热稳定性等性能进一步对环氧材料的热氧老化机制进行研究，研究结果说明如下。

1.红外光谱表征分析（FT-IR）采用FT-IR表征手段对样品的老化前后进行了分析，下图给出了环氧树脂浸纸式复合材料分别在新鲜样品、180℃、200℃、220℃、240℃下处理不同时长的红外谱图，见图1。

图1 环氧树脂复合材料不同温度下老化处理的FT-IR分析2.扫描电镜表征分析（SEM）为了研究环氧树脂复合材料的热氧老化机理，本次还采用扫描电子显微镜分析该复合材料在老化前后断裂面的微观形貌结构。

新鲜样品的SEM图，见图2。

图2新鲜样品断裂面形貌上述为新鲜样品断裂面的SEM图。

由图可知，断裂后的复合材料表面粘有很多树脂，断裂后材料上断裂处内壁呈现出大量皱纹纸的条状纤维结构，显得较为粗糙，同时有较多的突起，这是皱纹纸与环氧树脂界面浸润复合性能较好的表现，同时也表明环氧树脂浸润皱纹纸后固化交联的程度较高并且与皱纹纸复合兼容充分。

180℃/2days老化处理后SEM图，见图3。

图3 180℃/2days老化处理后样品的断裂形貌表征-1上图给出了环氧树脂复合材料在180℃下处理后的情况。

由图可知，样品的断裂面呈现出匀称的断裂层面，层面上可以看出清晰的皱纹纸纤维结构，同新鲜样品对比，该条件下处理的样品没有发生明显的变化，即复合材料没有发生化学结构变化，仅是物理方面的断裂，这从前面的红外谱图可以看出，在较低温度下处理，材料的红外谱图没有明显的变化，也没有发生化学老化。

封装材料的湿气失效分析

1.1 湿气分析理论
1.1.1湿气扩散理论 1.1.2 湿气膨胀应力分析 1.1.3 蒸汽压力分析
1.1.1 湿气扩散理论
常用塑封材料：一般为环氧树脂类热固性塑料聚合物特点：多孔性、亲水性。
湿气：指进入到封装材料中的水蒸气或液态形式的水分子
湿气存在形式：（1）单一气态；（2）气液混合态；（3）结合水
（3）实验 A）热机械分析仪（Thermal mechanical analyzer， TMA）：测量吸湿过程中的尺寸变化； B）热重分析仪（Thermal gravitational analyzer， TGA）：测量吸湿过程中的重量变化。
1.1.3 蒸汽压力分析
塑封器件吸湿后所产生的内部蒸汽压力，被认为是引起“爆米花”开裂现象最接的因素，也是最主要的破坏机制
2.引言
一、环氧树脂具有的优异性能： ①从机械和光学性质的角度来看，以环氧树脂为基的
材料为表面贴装器件（ SMD ）封装提供相当平衡的性能。 ②其独特的化学和物理性质，如优良的耐化学性和耐腐蚀性，电和物理性能，优异的粘附性，隔热，低收缩，以及合理的材料成本，环氧树脂材料已经被最广泛地用于显示器的封装。 ③具有优异的耐气候性和高玻璃化转变温度的环氧树脂材料可最小化阳光和加热所引起老化现象
2.引言
一、环氧树脂的不足之处：当在焊接回流期间开发的总湿热应力超过界面的附着强度时发生脱层，从而导致封装材料的保护能力降低。
2.引言
二、用无机二氧化硅填料（石英、熔融二氧化硅、方石英和球形二氧化硅）及一种有机填料（即球状硅粉末）分别并入环氧树脂的封装材料的原因：提高了金属框架和封装材料之间的界面相互作用，而已广泛引入无机填料，大多二氧化硅，用以降低封装材料的热膨胀系数。

环氧树脂胶湿热与室温环境下的蠕变行为研究

环氧树脂胶湿热与室温环境下的蠕变行为研究张军;张永祥;杨军【期刊名称】《机械强度》【年(卷),期】2015(37)2【摘要】环氧树脂胶在长期载荷作用下将产生蠕变变形,尤其是在湿热环境中蠕变现象更加明显,不利于工程的推广应用。

采用CARE多功能拉伸试验机对湿热以及室温环境下的环氧树脂胶试件,进行了5 MPa、10 MPa、15 MPa、17.5MPa定载荷蠕变实验,对比了湿热与室温状态下胶体蠕变行为。

实验结果表明湿热环境对胶体蠕变性能影响显著,且这种影响随着应力的增大被逐步扩大。

采用Kelvin模型与三参数时间硬化模型对环氧树脂胶在不同环境下的蠕变行为进行了分析,发现三参数时间硬化模型能够更好地描述湿热与室温环境下此种材料的蠕变行为,为环氧树脂胶的蠕变特性研究提供了一种简单有效的分析方式。

【总页数】6页(P237-242)【关键词】环氧树脂胶;时间硬化模型;湿热;蠕变【作者】张军;张永祥;杨军【作者单位】郑州大学化工与能源学院【正文语种】中文【中图分类】TQ436.9;TB302.3【相关文献】1.E-44/EP-1环氧树脂胶黏剂在湿热与室温环境下蠕变试验及数值模拟 [J], 张永祥;张军;杨军2.湿热环境下胶接修理碳纤维/环氧树脂基层合板振动特性 [J], 贾宝惠; 郝彤星; 张刚; 卢翔3.湿热环境下的PMI泡沫材料压缩蠕变特性 [J], 陈吉平; 毛敏梁; 郑义珠; 方勇; 刘奎; 朱珠4.非晶合金宇航服役热环境下蠕变行为研究 [J], 秦怀德;高航;冯晨;马赟;汪洋;李岩5.非晶合金宇航服役热环境下蠕变行为研究 [J], 秦怀德;高航;冯晨;马赟;汪洋;李岩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。