导热环氧

导热环氧

1. 环氧树脂简介

环氧树脂是先进复合材料中应用最广泛的树脂体系，它可适用于多种成型工艺，可配制成不同配方，可调节粘度范围大；以便适应于不同的生产工艺。它的贮存寿命长，固化时不释出挥发物，固化收缩率低，固化后的制品具有极佳的尺寸稳定性、良好的耐热、耐湿性能和高的绝缘性。上个世纪，硼纤维、碳纤维、芳纶纤维等相继出现，这些高级增强纤维的比刚度、比强度、耐疲劳性能等优于金属材料，用它们来增强环氧树脂组成的复合材料。目前环氧树脂统治着高性能复合材料的市场，凡是对机械强度要求高的增强塑料制品基本上采用环氧树脂作为基体。

2. 环氧树脂的分类

1. 环氧树脂按存在官能团划分：

环氧树脂除了环氧基团以外，也存在其他官能团，因此可划分：溴代环氧树脂，脂环族环氧树脂，酚醛类环氧树脂，缩水甘油酯类、醚类、胺类环氧树脂，环氧化烯烃类这几大类。

2. 按室温存在的状态：

按室温存在的状态划分可分为液态环氧树脂、半固态环氧树脂、固态环氧树脂。

3. 环氧树脂的主要性能指标

一般生产生活中用的环氧树脂并不是某一种特定的物质，而是分子量在一定范围且含有环氧基团的混合物。这些环氧基团的混合物中，绝大多数的分子是线性结构，且含有两个环氧基团。一般在环氧树脂的生产过程中，有少量原料未反应，或者是生成其他副产物，这都将使环氧树脂使用性能存在较大差异。

1. 环氧值Ev：主要性能指标之一，是指每100g环氧树脂中所含环氧基团的当量数，单位为“当量/100g”。浇注料一般用高环氧值，0.4以上；粘结剂用

中等环氧值，0.25-0.45；涂料用低等环氧值，0.25以下。

2. 环氧当量En：含有1g当量环氧基团所对应的环氧树脂的克数，单位为“g/当量”。

3. 环氧基团含量Ec：1g环氧树脂中环氧基团所占的百分含量，单位“%”。

4. 羟基值Ev(OH)：是衡量环氧树脂质量的重要参数之一。还有羟基当量En（OH）。

5. 有机氯含量：是衡量环氧树脂质量好坏的重要参数之一，是指每100g 环氧树脂中所含的有机氯原子的当量数，影响其高温的使用性能。与制备工艺有关，可以改善工艺降低有机氯含量。

6. 无机氯含量：也是衡量环氧树脂质量好坏的重要参数之一，是指每100g 环氧树脂中含有的游离氯离子的当量数。来源于未水洗出尽的氯化钠，主要影响固化后环氧树脂的电性能。

7. 挥发分：生产过程中往往会加入有机溶剂来分离或提纯环氧树脂，是指这类溶剂的含量，单位“%”。

8. 粘度：粘度会影响在实际生产或使用的操作情况。一般分子量小的粘度较低；在实际使用中采用预热环氧树脂以降低粘度。

9. 软化点：是指在受热的情况下，环氧树脂发生流动所需要的温度值。软化点可以间接反应分子量大小。

4. 固化剂

环氧树脂固化剂是与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中。使线型树脂变成坚韧的体型固体的添加剂。固化后的环氧树脂的使用性能也会因固化剂的种类不同而存在较大差异。在封装体系材料中，常用固化剂分为三大类：

1. 酸酐类固化剂：是环氧树脂封装材料的最常见的固化剂之一。因为酸酐固化剂工艺性能好，固化后的环氧树脂体系机械性能好，绝缘性能优异，具有优良的化学稳定性和耐热性能。酸酐类固化剂粘度小，在封装材料中起稀释和固化的作用，不足之处是固化温度较高，一般在120℃以上。

1.1用酸酐类时按下式计算：

酸酐用量=MG（0.6~1）/100

式中：M=酸酐分子量，G=环氧值，（0.6~1）为实验系数

改变的范围不多于10-20%，若用过量的胺固化时，会使树脂变脆。若用量过少则固化不完善。

2. 多元胺类固化剂：也是环氧树脂封装材料的最常见的固化剂之一。可以与环氧树脂在低温或室温下快速固化。固化后环氧树脂体系具有一定的颜色稳定性，有良好的绝缘性能和机械性能，有良好的耐化学腐蚀性，尤其是耐溶剂。用于热固化时，有良好的高温表现。

2.1 胺类作交联剂时按下式计算：

胺类用量=MG/Hn

式中：M=胺分子量，Hn=含活泼氢数目，G=环氧值

3. 离子型固化剂：离子型固化剂是将环氧基团打开，并与之反应固化。根据反应类型可将其分为阳离子型引发剂和阴离子型固化剂。

常用的固化剂有叔胺类固化剂、咪唑类固化剂等。

5. 环氧树脂的改性和填充

1. 改性剂的作用是为了改善环氧树脂的鞣性、抗剪、抗弯、抗冲、提高绝缘性能等。常用改性剂有：

（1）聚硫橡胶：可提高冲击强度和抗剥性能；

（2）聚酰胺树脂：可改善脆性，提高粘接能力；

（3）聚乙烯醇叔丁醛：提高抗冲击鞣性；

（4）丁腈橡胶类：提高抗冲击鞣性；

（5）酚醛树脂类：可改善耐温及耐腐蚀性能；

（6）聚酯树脂：提高抗冲击鞣性；

（7）尿醛三聚氰胺树脂：增加抗化学性能和强度；

（8）糠醛树脂：改进静弯曲性能，提高耐酸性能；

（9）乙烯树脂：提高抗剥性和抗冲强度；

（10）异氰酸酯：降低潮气渗透性和增加抗水性；

（11）硅树脂：提高耐热性。

2. 填料的作用是改善制品的一些性能，并改善树脂固化时的散热条件，用了填料也可以减少环氧树脂的用量，降低成本。因用途不同可选用不同的填料。其大小最好小于100目，用量视用途而定。常用填料有：

（1）石棉纤维、玻璃纤维：增加韧性、耐冲击性；

（2）石英粉、瓷粉、铁粉、水泥、金刚砂：提高硬度；

（3）氧化铝、瓷粉：增加粘接力，增加机械强度；

（4）石棉粉、硅胶粉、高温水泥：提高耐热性；

（5）石棉粉、石英粉、石粉：降低收缩率；

（6）铝粉、铜粉、铁粉等金属粉末：增加导热、导电率；

（7）石墨粉、滑石粉、石英粉：提高抗磨性能及润滑性能；

（8）金刚砂及其它磨料：提高抗磨性能；

（9）云母粉、瓷粉、石英粉：增加绝缘性能；

（10）各种颜料、石墨：具有色彩；

（11）氢氧化镁，氢氧化铝：阻燃，抑烟；

（12）另外据资料报导适量（27-35%）P、AS、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb的氧化物添加在树脂中能在高热度、压力下保持粘接性。

6. 填充高导热无机物提高环氧树脂的导热率

然而环氧树脂的热导率为0.2 W/(m K)左右，是热的不良导体，用于电子电器元器件的粘接和封装需要高热导率的特点。

但环氧树脂具有良好的力学性能及可加工性，适合高填充率的填充。一般都是用高导热性的金属或无机填料对高分子材料进行填充以提高环氧树脂的热导率。

因此根据填充物的种类不同可以分为金属填充型、无机非金属填充型、金属氧化物填充型、金属氮化物填充型和碳化物填充型导热高分子复合材料。

高导热填充型复合材料的热导率不仅取决于基体和导热填料的热导率，导热填料的填充量、粒径、形状、分布状态、取向及颗粒复配都会对复合材料的热导率有重要影响。

一些常见的导热填料及其导热系数：单位：W/(m K)