CN101343400A

CN101343400A - Mg填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101343400A
Application number: CNA2008101431199A
Authority: CN
Inventors: 李芝华; 林伟; 谢科予
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2009-01-14

Abstract

本发明涉及一种MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料及其制备方法，特别是采用聚氨酯改性的TDE－85环氧树脂和玻璃纤维粉(MG)制备环氧树脂灌封材料及其方法。该环氧树脂灌封材料是按重量份数计，将聚氨酯、TDE－85环氧树脂基料、MG、固化剂及其他助剂混合反应，真空脱泡后灌注到模具中，升温固化，脱模，即得到MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料，具有良好力学性能、耐热性能及抗高低温冲击性能，适用于工作温度范围较宽的电器元件的灌封。

Description

MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料及其制备方法

技术领域

本发明属于新型高分子材料领域，涉及一种环氧树脂灌封材料及其制备方法，特别是采用聚氨酯改性的TDE-85环氧树脂和玻璃纤维粉制备环氧树脂灌封材料及其方法。

背景技术

环氧树脂灌封材料具有优异的电气绝缘性、耐热性、耐腐蚀性和机械性能，在机械、电子电器、航天航空等领域得到广泛应用。目前国内外环氧树脂灌封材料大多采用的是双酚A型缩水甘油醚环氧树脂，添加大量硅微粉填料，可以获得很高的导热性，能适用于以铝做导体的厚绝缘结构中(6～12mm)。此类材料的耐热等级为B级，耐低温开裂性能只有-20℃，抗温度冲击性很差。环氧树脂通过增韧改性后得到的大多数产品仅能适应-40℃～70℃环境条件，而不能满足大量高技术条件下提出的-55℃～75℃，5次循环高低温温度冲击性要求。

随着现代工业的发展，环氧树脂灌封料的使用条件越来越苛刻，迫切需要研制以高性能环氧树脂为基料，对其进行增韧改性得到各种新型的高性能环氧树脂灌封材料，来满足电子电器等领域对高性能环氧树脂灌封材料的市场需求，这对灌封材料领域和电子工业领域的发展具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料，该灌封材料具有高拉伸强度(≥55MPa)，高抗温度冲击性(-55～75℃，5次循环高低温冲击)，耐高温性(绝缘等级F级)，抗低温开裂性(-55℃)，高绝缘性(体积电阻≥10¹⁴Ω·cm)。

本发明的另一个目的是提供该环氧树脂灌封材料的制备方法，该制备方法具有良好工艺操作性并有利于降低材料的成本。

本发明的再一个目的是提供一种聚氨酯，该聚氨酯通过增韧改性高性能TDE-85环氧树脂，提高环氧树脂灌封材料的力学性能和抗温度冲击性。

本发明的还一个目的是提供该聚氨酯灌封材料的制备方法。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

本发明提供的MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料，采用聚氨酯对TDE-85环氧树脂进行改性，甲基四氢邻苯二甲酸酐为固化剂，玻璃纤维粉为填料，按重量份量数计，由以下组份反应而成：

TDE-85环氧树脂 35份

聚氨酯 10～20份

玻璃纤维粉 0～250份

甲基四氢邻苯二甲酸酐 50份

2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚 0.1～0.2份；

所述的聚氨酯是采用聚醚二元醇和2，4-甲苯二异氰酸酯进行反应，按重量份数计，由以下组份反应而成：

聚醚二元醇 100份

2，4-甲苯二异氰酸酯 30～40份

1，4-丁二醇 3～4份

三羟甲基丙烷 1～2份

其中聚醚二元醇选自分子量分别为400、1000或2000。

该MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料的制备方法，包括如下步骤：将玻璃纤维粉、甲基四氢邻苯二甲酸酐、TDE-85环氧树脂与2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚混合，再加入聚氨酯，得到的混合物倒入真空环氧自动灌注机内升温搅拌，真空脱泡后，在真空条件下将灌封材料灌注到预先涂有脱模剂的模具中，升温固化(120℃/2h，140℃/2h，160℃/2h)，随炉冷却后打开模具，得到环氧树脂灌封材料；所述聚氨酯的制备包括如下步骤：聚醚二元醇加热至110℃-130℃回流脱水，降温至40-55℃加入2，4-甲苯二异氰酸酯，缓慢升温至60-75℃，反应完毕后冷却，加入1，4-丁二醇及三羟甲基丙烷，得到端异氰酸酯基的聚氨酯。

所述各组分的质量分数最佳为：TDE-85环氧树脂35份、聚氨酯15份、玻璃纤维粉(MG)100份、甲基四氢邻苯二甲酸酐(MeTHPA)50份、2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)35份；所述聚氨酯制备的最佳反应温度为：聚醚二元醇加热至120℃回流脱水，降温至50℃加入2，4-甲苯二异氰酸酯，缓慢升温至70℃。

其中TDE-85环氧树脂是一种三官能团环氧树脂，分子结构为：

MG直径为11μm，长径比为(10～15)∶1；固化剂MeTHPA粘度低，机械性能和电气绝缘强度优良，耐热性等综合性能较好，是最通用的新型液态酸酐固化剂之一；固化促进剂2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)，用量为0.1～0.2份；聚醚二元醇包括PPG400、PPG1000和PPG2000，分子量分别为400、1000和2000，优选PPG1000，用量为100份；扩链剂1，4-丁二醇(1，4-BDO)，用量为3～4份；交联剂三羟甲基丙烷(TMP)，用量为1～2份。

本发明首先对不同聚氨酯改性的环氧树脂灌封材料的性能进行对比。

表1：不同聚氨酯对环氧树脂灌封材料的改性情况

其中，0是未加聚氨酯的情况。

1是加入PPG400合成的聚氨酯的情况。

2是加入PPG1000合成的聚氨酯的情况。

3是加入PPG2000合成的聚氨酯的情况。

表1中，制备的灌封材料未加入玻璃纤维粉，其余组分均按上述配比加入。表1说明PPG1000合成的聚氨酯所改性的灌封材料具有最高拉伸强度和较好的冲击强度，其改性体系综合效果最好，以下研究优先选用PPG1000合成的聚氨酯。

本发明还对玻璃纤维粉在不同用量下对体系的性能影响进行对比。

表2：不同用量MG填充的材料的性能

其中，聚氨酯为PPG1000合成的聚氨酯。表2说明玻璃纤维粉的用量为100份时，体系具有最佳的综合性能。

附图说明

图1为本发明的MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料的制备工艺流程图。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，本发明可以按发明内容的任一方式实施。

实施例1

实施例1是关于本发明所提供的一种MG填充的聚氨酯改性TDE-85环氧树脂灌封材料的制备方法的实施例。

称取128gPPG1000加入到洁净干燥的四口烧瓶中，搅拌、加热至110℃回流脱水1h，降温至55℃加入38.6gTDI，再缓慢升温至60℃，反应完毕后冷却，加入4.18g1，4-BDO及1.56gTMP混合，得到聚氨酯备用。

预先加入400g玻璃纤维粉，142gTDE-85环氧树脂、198gMeTHPA与0.71gDMP-30混合，再加入40g聚氨酯，混合物在真空环氧自动灌注机脱泡后，升温固化(120℃/2h，140℃/2h，160℃/2h)成模，测得其拉伸强度为69.83Mpa，冲击强度为13.51kJ·m^-2，玻璃化温度为137.5℃，半寿温度为352.5℃，体积电阻率为2.55×10¹⁵Ω·cm，低温不开裂(-55℃)，抗温度冲击(-55～75℃，5次循环高低温冲击)测试合格。

实施例2

称取128gPPG1000加入到洁净干燥的四口烧瓶中，搅拌、加热至120℃回流脱水1h，降温至50℃加入45gTDI，再缓慢升温至70℃，反应完毕后冷却，加入4.18g1，4-BDO及1.56gTMP混合，得到聚氨酯备用。

预先加入400g玻璃纤维粉，142gTDE-85环氧树脂、198gMeTHPA与0.71gDMP-30混合，再加入60g聚氨酯，混合物在真空环氧自动灌注机脱泡后，升温固化(120℃/2h，140℃/2h，160℃/2h)成模，测得其拉伸强度为79.72Mpa，冲击强度为17.83kJ·m^-2，玻璃化温度为144.0℃，半寿温度为364.0℃，体积电阻率为2.78×10¹⁵Ω·cm，低温不开裂(-55℃)，抗温度冲击(-55～75℃，5次循环高低温冲击)测试合格。

实施例3

称取128gPPG1000加入到洁净干燥的四口烧瓶中，搅拌、加热至130℃回流脱水1h，降温至40℃加入51.4gTDI，再缓慢升温至75℃，反应完毕后冷却，加入4.18g1，4-BDO及1.56gTMP混合，得到聚氨酯备用。

预先加入400g玻璃纤维粉，142gTDE-85环氧树脂、198gMeTHPA与0.71gDMP-30混合，再加入80g聚氨酯，混合物在真空环氧自动灌注机脱泡后，升温固化(120℃/2h，140℃/2h，160℃/2h)成模，测得其拉伸强度为65.95Mpa，冲击强度为16.04kJ·m^-2，玻璃化温度为140.5℃，半寿温度为358.0℃，体积电阻率为2.63×10¹⁵Ω·cm，低温不开裂(-55℃)，抗温度冲击(-55～75℃，5次循环高低温冲击)测试合格。

实施例4和实施例5为对比例，在相同条件下，分别加入目前研究较多的两种填料活性硅微粉和氮化铝制备环氧树脂灌封材料，并与实施例2对比，对比结果见表3。

实施例4

预先加入400g活性硅微粉(中值粒径为25μm)，142gTDE-85环氧树脂、198gMeTHPA与0.71gDMP-30混合，再加入60g聚氨酯，混合物在真空环氧自动灌注机脱泡后，升温固化(120℃/2h，140℃/2h，160℃/2h)成模。

实施例5

称取128gPPG1000加入到洁净干燥的四口烧瓶中，搅拌、加热至120℃回流脱水1h，降温至50℃加入45.0gTDI，再缓慢升温至70℃，反应完毕后冷却，加入4.18g1，4-BDO及1.56gTMP混合，得到聚氨酯备用。

预先加入400g氮化铝，142gTDE-85环氧树脂、198gMeTHPA与0.71gDMP-30混合，再加入60g聚氨酯，混合物在真空环氧自动灌注机脱泡后，升温固化(120℃/2h，140℃/2h，160℃/2h)成模。

表3：不同填料填充的环氧树脂灌封材料性能对比表

由实施例与对比例环氧树脂的性能的比较可以看出：本发明所制备的一种玻璃纤维粉填充的聚氨酯改性TDE-85环氧树脂灌封材料具有更良好的力学性能、耐热性能及抗高低温冲击性能，适用于工作温度范围较宽的电器元件的灌封。

Claims

1、一种MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料，其特征在于，采用聚氨酯对TDE-85环氧树脂进行改性，甲基四氢邻苯二甲酸酐为固化剂，玻璃纤维粉为填料，按重量份量数计，由以下组份反应而成：

TDE-85环氧树脂 35份

聚氨酯 10～20份

玻璃纤维粉 0～250份

甲基四氢邻苯二甲酸酐 50份

2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚 0.1～0.2份；

聚醚二元醇 100份

2，4-甲苯二异氰酸酯 30～40份

1，4-丁二醇 3～4份

三羟甲基丙烷 1～2份

其中聚醚二元醇选自分子量分别为400、1000或2000。

2、根据权利要求1所述的一种MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料，其特征在于，其中玻璃纤维粉直径为11μm，长径比为(10～15)∶1。

3、根据权利要求1所述的一种MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料，其特征在于，玻璃纤维粉选用100份。

4、根据权利要求1所述的一种MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料，其特征在于，聚氨酯15份。

5、根据权利要求1-4任一项所述的一种MG填充的聚氨酯改性环氧树脂灌封材料，其特征在于，2，4-甲苯二异氰酸酯35份。

6、制备权利要求1所述的环氧树脂灌封材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：将玻璃纤维粉、甲基四氢邻苯二甲酸酐、TDE-85环氧树脂与2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚混合，再加入聚氨酯，得到的混合物倒入真空环氧自动灌注机内升温搅拌，真空脱泡后，在真空条件下将灌封材料灌注到预先涂有脱模剂的模具中，升温固化，随炉冷却后打开模具，得到环氧树脂灌封材料；所述聚氨酯的制备包括如下步骤：聚醚二元醇加热至110℃-130℃回流脱水，降温至40-55℃加入2，4-甲苯二异氰酸酯，缓慢升温至60-75℃，反应完毕后冷却，加入1，4-丁二醇及三羟甲基丙烷，得到端异氰酸酯基的聚氨酯；其中聚醚二元醇选自分子量分别为400、1000或2000。

7、根据权利要求6所述的环氧树脂灌封材料的制备方法，其特征在于，所述的升温固化为120℃/2h，140℃/2h，160℃/2h。

8、根据权利要求6所述的环氧树脂灌封材料的制备方法，其特征在于，聚醚二元醇加热至120℃回流脱水，降温至50℃加入2，4-甲苯二异氰酸酯，缓慢升温至70℃。

9、一种聚氨酯，其特征在于，是采用聚醚二元醇和2，4-甲苯二异氰酸酯进行反应，按重量份数计，由以下组份反应而成：

聚醚二元醇 100份

2，4-甲苯二异氰酸酯 30～40份

1，4-丁二醇 3～4份

三羟甲基丙烷 1～2份

其中聚醚二元醇选自分子量分别为400、1000或2000。

10、根据权利要求所述的一种聚氨酯，其特征在于，2，4-甲苯二异氰酸酯35份。

11、制备权利要求9所述的聚氨酯的方法，其特征在于，所述聚氨酯的制备包括如下步骤：聚醚二元醇加热至110℃-130℃回流脱水，降温至40-55℃加入2，4-甲苯二异氰酸酯，缓慢升温至60-75℃，反应完毕后冷却，加入1，4-丁二醇及三羟甲基丙烷，得到端异氰酸酯基的聚氨酯；其中聚醚二元醇选自分子量分别为400、1000或2000。

12、根据权利要求11所述的聚氨酯的制备方法，其特征在于，聚醚二元醇加热至120℃回流脱水，降温至50℃加入2，4-甲苯二异氰酸酯，缓慢升温至70℃。