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)1. 金属粉末：铜粉（398），铝粉（190），镁（103），银等2. 金属氧化物：氧化铝（38-42），氧化镁（30），氧化锌（20）等3. 金属氮化物：氮化铝（70-270），氮化硼（30-330）等4. 无机非金属：石墨（116-235），碳化硅（110）等5. 导热纤维：碳纤维等。

7. 影响导热环氧树脂的因素空隙：制备高导热填充型复合材料填料的高填充率是必要的。

当填料加入树脂体系时，此时复合材料体系粘度增加大，树脂分子链不能有效插入填料之间，复合材料体系形成空隙。

特别在填料含量高的时候，由于填料的不灵活性，体系空隙将增大。

空隙的存在又将限制体系的填充率，影响热传导。

采用不同种类、粒径和形貌填料复配是减小空隙的重要方法，有利于增加导热链数量和提高导热链浓度，从而提高体系的热导率。

界面：影响高导热填充型复合材料热导率主要有两个参数：一是导热链的浓度。

另一个是热阻，其中，热阻包括不同相的热阻和相之间声子散射引起的界面热阻。

填料和基体间模量的不同，增加了基体填料间的声子散射引起大的界面热阻。

对填料表面处理可以增加基体和填料的粘结性，通过连接粒子基体界面、粒子粒子界面，减小界面声子散射和界面热阻，以增加体系热导率和介电性能。

8. 环氧树脂的应用1. 电器、电机绝缘封装件的浇注。

如电磁铁、接触器线圈、互感器、干式变压器等高低压电器的整体全密封绝缘封装件的制造。

在电器工业中得到了快速发展。

从常压浇注、真空浇注已发展到自动压力凝胶成型。

2. 广泛用于装有电子元件和线路的器件的灌封绝缘。

已成为电子工业不可缺少的重要绝缘材料。

3. 电子级环氧模塑料用于半导体元器件的塑封。

导热环氧树脂作为电子封装材料的优点，粘接性能强、收缩性低、力学性能好、优良的绝缘性、化学稳定性强、尺寸稳定性好、耐霉菌等，由于它的性能优越，大有取代传统的金属、陶瓷和玻璃封装的趋势。

4. 环氧层压塑料在电子、电器领域应用甚广。

其中环氧复铜板的发展尤其迅速，已成为电子工业的基础材料之一。

此外，环氧绝缘涂料、绝缘胶粘剂和电胶粘剂也有大量应用。

9. 环氧胶黏剂的应用10. 双酚A型环氧树脂的缺点1. 操作粘度大，这在施工方面显的有些不方便；2. 固化物性能脆，伸长率小；3. 剥离强度低；4. 耐机械冲击和热冲击差；5. 双酚A有所谓的环境激素问题；6. 溴类阻燃剂有生成二恶英的可能；7. 回收利用问题，由热固性塑料废弃难于回收利用的共同问题；环氧树脂多数用于与其他材料复合，复合后难以剥离，材料回收更困难。

11. 一些导热环氧树脂的研究汇总1. 双酚A环氧树脂44.83%，改性的导热填料BN 24.13%，改性的导热填料A1203 6.90%（平均粒径为100nm的纳米-A1203），溶剂丙酮及固化剂、助剂24.14%；制成的导热胶黏剂的胶片热导率为11.4W/(m K)。

2. 井新利等用天然鳞片石墨和环氧树脂制备了一种导热复合材料，当石墨的质量分数达到60%时，热导率可达到10W/(m K)以上。

3. 谭茂林等用A1203填充有机硅改性环氧树脂，测得100 ℃时的热导率为0.64 W/(m K)；王铁如等在研制导热绝缘胶时将A1203加入到环氧树脂中，测得热导率为0.625 W/(m K)；张晓辉等在研究导热胶粘剂时发现，当A1203填充体积分数增加到50.7%时，环氧树脂的热导率可达1.023 W/(m K)。

4. 谭茂林等采用接枝共聚的方法制备有机硅改性的环氧树脂作为母胶，采用A1N为导热填料，成功研制出热导率为0.97 W/(m K)的绝缘导热胶粘剂；刘庆华等采用钛酸酯偶联剂对超细AlN粉末进行改性，制得NTC热敏电阻器，导热系数为1.07 W/(m K)；张晓辉等在环氧树脂中加入A1N，发现A1N填充的临界体积分数为32.2%，当A1N粉末的填充体积分数增加到52.9%时，环氧树脂的热导率达到 3.144 W/(m K)。

5. 沈源等以Si3N4，粉末作为增强组分与环氧树脂进行复合，制备了氮化硅/环氧树脂复合电子基板材。

当体积填充量为35%时，热导率达到1.71 W/(m K)。