CN102888081B

CN102888081B - 一种阻燃型灌封材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102888081B
Application number: CN201210358912.7A
Authority: CN
Inventors: 王若兵
Original assignee: SHENYANG EDISON TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Dalian Baojin Technology Development Co ltd; Shenyang Edison Science And Technology Co ltd
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: CN102888081A

Abstract

本发明涉及电子元器件封装领域，具体为一种用于电子电工产品的阻燃型灌封材料及其制备方法，解决现有技术中存在的防火阻燃性能较差、阻燃级别较低等问题。该材料包括A组分和B组分，其中：按重量百分比计，A组分包括：基料双酚A型环氧树脂、阻燃剂、稀释剂二甘醇二苯甲酸酯、增韧剂邻苯二甲酸二辛酯、颜料、有机硅消泡剂、填料硅微粉；B组分包括：固化剂苯酐或甲基四氢苯酐、固化剂桐马酸酐、促进剂2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚；使用前，先将A组分放入烘箱中预热后，上下搅拌均匀；然后将A组分和B组分均匀混合，获得阻燃型灌封材料，即可灌封。本发明主要适用于动力机车、轨道交通、军工、航天、汽车、电力等各种电子元器件的绝缘封装。

Description

一种阻燃型灌封材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子元器件封装领域，具体为一种用于电子电工产品的阻燃型灌封材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂灌封胶具有优异的力学性能、耐化学介质性能、粘接性能和电绝缘性能，广泛应用于机械、电子元器件的灌封，它一般由基体、固化剂按一定比例混合而成，为满足不同的工作环境需要，再适当加入增韧剂、促进剂、稀释剂和填料等。对于电子元器件需要对其产品中的细小缝隙进行灌封，因而对环氧树脂灌封胶的性能提出了更高的要求。目前，大多数环氧树指灌封胶的黏度较大，流动性较差，不适合细小缝隙的灌封。

中国发明专利申请（申请号200410013778.2），提供了一种环氧树脂灌封胶，它以TDE-85#为环氧树脂基体，甲基四氢苯酐为固化剂，2-甲基咪唑与环氧丙烷丁基醚加成物、2-甲基咪唑、2-乙基-4甲基咪唑为复合促进剂，聚氨酯和活性纳米氧化物为增韧剂，低分子环氧树脂为稀释剂，活性硅微粉为填料并按规定的质量比均匀混合后制成的电机定子灌封材料，具有良好的技术性能，特别是机械性能。其不足之处在于，防火阻燃性能无法满足动力机车、轨道交通、军工、航天、汽车、电力等领域的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻燃型灌封材料及其制备方法，解决现有技术中存在的防火阻燃性能较差、阻燃级别较低等问题。

本发明的技术方案是：

一种阻燃型灌封材料，该材料包括A组分和B组分，其中：

按重量百分比计，A组分包括：基料双酚A型环氧树脂20～40%；阻燃剂30～45%；稀释剂二甘醇二苯甲酸酯1～5％；增韧剂邻苯二甲酸二辛酯1～5％；颜料1～3％；有机硅消泡剂0.01～0.15％；填料硅微粉20～35%；阻燃剂为阻燃填料氢氧化铝和液体阻燃剂三（氯异丙基）磷酸酯组成，在A组分中，氢氧化铝重量占25～35%，三（氯异丙基）磷酸酯重量占5～10%；颜料为炭黑、中铬黄和酞青绿的混合物，根据颜色需要进行配比；

按重量百分比计，B组分包括：固化剂苯酐或甲基四氢苯酐80～95%；固化剂桐马酸酐4～15％；促进剂2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚1～5％；

A组分和B组分的重量比为100:（29～32）。

所述的阻燃型灌封材料，在A组分中，炭黑占0.05～0.5%，中铬黄占0.5～2%，酞青绿占0.4～1%。

所述阻燃型灌封材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）A组分的制备

将双酚A型环氧树脂、有机硅消泡剂、酞青绿投入到反应釜中，以搅拌转速50～80rpm/min进行搅拌，温度达到150～160℃后，以搅拌转速为90～120rpm/min进行搅拌，依次投入中铬黄、炭黑、二甘醇二苯甲酸酯、邻苯二甲酸二辛酯、三（氯异丙基）磷酸酯，待搅拌均匀后加热至100～150℃，进行真空混合0.5～2h后，投入氢氧化铝、硅微粉，再真空搅拌20～40min，停止搅拌，得到A组分；

（2）B组分的制备

将苯酐或甲基四氢苯酐、桐马酸酐和促进剂按比例均匀混合，得到B组分；

本发明中，未开包装的A组分和B组分，室温通风条件下，贮存期为6个月。

（3）灌封材料的制备

先将A组分上下搅拌均匀，再将其与B组分按重量比为100:（29～32）均匀混合，即获得阻燃型灌封材料。

当环境温度低于10℃时，建议先将A组分放入80～90℃烘箱中预热2～3h，再将其与B组分按重量比为100:（29～32）均匀混合。

所述阻燃型灌封材料的灌封工艺，包括如下步骤：

A．浇注灌封

将制备好的灌封材料沿被浇注灌封器件（或夹具）的边缘匀速、缓慢的注入模腔中（注料过程中不要改变注料位置）。

当环境温度低于10℃时，为提高固化速度、减少灌封材料气泡的产生，可先将被灌封器件（或夹具）放入80～100℃烘箱中预热0.5～1.5h，再进行浇注灌封。

B．真空脱泡

将灌封好的产品放入真空箱中进行真空脱泡，脱泡时间一般在10～15min。

为达到更好的脱泡效果，在灌封材料制备完成后，首先对其进行一次真空脱泡，脱泡时间在10～15min，再按上述步骤进行实验。

将脱泡后的产品放入烘箱中进行加热固化，阻燃型灌封材料的固化条件为80～90℃，时间为3～5h。

本发明的设计思想如下：

（1）固化剂桐马酸酐是以桐油为原料制备的带有烷基和酯烷基的四氢苯酐衍生物，其粘度低，与苯酐或甲基四氢苯酐复配后，再与环氧树脂固化，可提高固化物的柔韧性。

（2）DMP-30促进剂，即2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚，与甲基四氢苯酐相容性好，两者混合使用，可降低固化温度，提高固化速率。

（3）阻燃剂采用氢氧化铝与液体阻燃剂三(氯异丙基)磷酸酯（TCPP），其中：

氢氧化铝作为阻燃填料，由于氢氧化铝的折光率为1.57，接近许多树脂在允许范围内保持透明度的折光率，具有良好的阻燃抑烟性能，并能防止纤维基体燃烧时产生有毒和腐蚀性气体，对树脂固化反应无干扰。

液体阻燃剂三(氯异丙基)磷酸酯（TCPP），具有非常好的水解稳定性和低粘性，由于分子内同时含有磷氯两种元素，阻燃效果显著，且具有增塑、防潮、抗静电等作用，属添加型阻燃剂。

氢氧化铝与液体阻燃剂三(氯异丙基)磷酸酯（TCPP）配合使用，能够有效提高产品的阻燃性能，且产品阻燃性达到NF-I2，F1，M1级（法标）以及UL-94-V.0级（美标）标准。

（4）填料硅微粉，由天然石英（SiO₂）或熔融石英（天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO₂）经破碎、球磨（或振动、气流磨）、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉，其粒径为20微米，结晶二氧化硅占90wt%以上，它是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热性差、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能。

（5）有机硅消泡剂，有机硅消泡剂是含硅表面活性剂作为有机硅化合物中的一族，防止气泡残留而造成的电气性能，物理性能的下降。有机硅消泡剂可以采用聚醚型消泡剂、硅油型消泡剂、聚醚改性有机硅消泡剂，如：日本信越消泡剂KS-603等。

本发明的有益效果是：

1、采用本发明中温（80～90℃）固化的双组份环氧类电子元器件封装材料，粘度低、流动性好，容易渗透至元器件微缝中。

2、本发明阻燃型灌封材料具有优异的防火阻燃性能，阻燃级别分别达到NF-I2，F1，M1级（法标）以及UL-94-V.0级（美标）标准。特别适合动力机车、轨道交通、军工、航天电子元器件的灌封保护。

3、本发明阻燃型灌封材料固化后表面平整、有光泽、高硬度。

4、本发明阻燃型灌封材料与多种材料的相容性优异，粘接强度高。

5、本发明阻燃型灌封材料具有良好的绝缘、抗电压性能。

6、本发明阻燃型灌封材料耐酸碱、防潮、防水、防油、防尘性能佳。

7、本发明阻燃型灌封材料耐湿热和大气老化。

8、本发明主要适用于动力机车、轨道交通、军工、航天、汽车、电力等领域电器模块（如机车信号连接器、汽车电子模块、点火线圈、点火模块、电源模块）、变压器、电容器以及PCB板等各种电子元器件的绝缘封装。

具体实施方式

实施例1

本实施例中，阻燃型灌封材料包括A组分和B组分，其中：

按重量百分比计，A组分包括：基料双酚A型环氧树脂33%；稀释剂二甘醇二苯甲酸酯2.5％；增韧剂邻苯二甲酸二辛酯2％；颜料1.9%（炭黑0.2%、中铬黄1.0%、酞青绿0.7%）；有机硅消泡剂（KS-603）0.1％；填料硅微粉25%；阻燃填料氢氧化铝重量占28%；液体阻燃剂三（氯异丙基）磷酸酯（TCPP）重量占7.5%。

按重量百分比计，B组分包括：固化剂甲基四氢苯酐84%；固化剂桐马酸酐13%；促进剂2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30）3%。

A组分和B组分的重量比为100:30。

所述阻燃型灌封材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）A组分的制备

将双酚A型环氧树脂、有机硅消泡剂、酞青绿投入到反应釜中，以搅拌转速65rpm/min进行搅拌，温度达到155℃后，以搅拌转速为100rpm/min进行搅拌，依次投入中铬黄、炭黑、二甘醇二苯甲酸酯、邻苯二甲酸二辛酯、三（氯异丙基）磷酸酯，待搅拌均匀后加热至125℃，进行真空混合1h后，投入氢氧化铝、硅微粉，再真空搅拌30min，停止搅拌，得到A组分；

（2）B组分的制备

将甲基四氢苯酐、桐马酸酐和促进剂按比例均匀混合，得到B组分；

浇注灌封前，先将A组分放入85℃烘箱中预热2.5小时后，上下搅拌均匀；然后，将A组分和B组分按重量比为100:30均匀混合，获得阻燃型灌封材料，即可用于灌封。

本实施例中，灌封工艺如下：

A．浇注灌封

当环境温度低于10℃时，为提高固化速度、减少灌封材料气泡的产生，可先将被灌封器件（或夹具）放入90℃烘箱中预热1h，再进行浇注灌封。

B．真空脱泡

将灌封好的产品放入真空箱中进行真空脱泡，脱泡时间12min。

为达到更好的脱泡效果，在灌封材料制备完成后，首先对其进行一次真空脱泡，脱泡时间在12min，再按上述步骤进行浇注灌封。

将脱泡后的产品放入烘箱中进行加热固化，本阻燃型灌封材料的固化条件为85℃，时间为4h。

实施例2

本实施例中，阻燃型灌封材料包括A组分和B组分，其中：

按重量百分比计，A组分包括：基料双酚A型环氧树脂25%；稀释剂二甘醇二苯甲酸酯4％；增韧剂邻苯二甲酸二辛酯4％；颜料3%（炭黑0.5%、中铬黄2%、酞青绿0.5%）；有机硅消泡剂（KS-603）0.15％；填料硅微粉28%；阻燃填料氢氧化铝重量占25.85%；液体阻燃剂三（氯异丙基）磷酸酯（TCPP）重量占10%；

按重量百分比计，B组分包括：固化剂甲基四氢苯酐90%；固化剂桐马酸酐9％；促进剂2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30）1％；

A组分和B组分的重量比为100:29。

所述阻燃型灌封材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）A组分的制备

将双酚A型环氧树脂、有机硅消泡剂、酞青绿投入到反应釜中，以搅拌转速70rpm/min进行搅拌，温度达到150℃后，以搅拌转速为90rpm/min进行搅拌，依次投入中铬黄、炭黑、二甘醇二苯甲酸酯、邻苯二甲酸二辛酯、三（氯异丙基）磷酸酯，待搅拌均匀后加热至150℃，进行真空混合0.5h后，投入氢氧化铝、硅微粉，再真空搅拌20min，停止搅拌，得到A组分；

（2）B组分的制备

浇注灌封前，先将A组分放入80℃烘箱中预热3小时后，上下搅拌均匀；然后，将A组分和B组分按重量比为100:29均匀混合，获得阻燃型灌封材料，即可用于灌封。

本实施例中，灌封工艺如下：

A．浇注灌封

当环境温度低于10℃时，为提高固化速度、减少灌封材料气泡的产生，可先将被灌封器件（或夹具）放入80℃烘箱中预热1.5h，再进行浇注灌封。

B．真空脱泡

将灌封好的产品放入真空箱中进行真空脱泡，脱泡时间10min。

为达到更好的脱泡效果，在灌封材料制备完成后，首先对其进行一次真空脱泡，脱泡时间在10min，再按上述步骤进行浇注灌封。

将脱泡后的产品放入烘箱中进行加热固化，本阻燃型灌封材料的固化条件为80℃，时间为5h。

实施例3

本实施例中，阻燃型灌封材料包括A组分和B组分，其中：

按重量百分比计，A组分包括：基料双酚A型环氧树脂35%；稀释剂二甘醇二苯甲酸酯1.5％；增韧剂邻苯二甲酸二辛酯1.5％；颜料1.5%（炭黑0.1%、中铬黄1.0%、酞青绿0.4%）；有机硅消泡剂（KS-603）0.05%；填料硅微粉24.95%；阻燃填料氢氧化铝重量占30%；液体阻燃剂三（氯异丙基）磷酸酯（TCPP）重量占5.5%；

按重量百分比计，B组分包括：固化剂甲基四氢苯酐80%；固化剂桐马酸酐15％；促进剂2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30）5％；

A组分和B组分的重量比为100:32。

所述阻燃型灌封材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）A组分的制备

将双酚A型环氧树脂、有机硅消泡剂、酞青绿投入到反应釜中，以搅拌转速60rpm/min进行搅拌，温度达到160℃后，以搅拌转速为110rpm/min进行搅拌，依次投入中铬黄、炭黑、二甘醇二苯甲酸酯、邻苯二甲酸二辛酯、三（氯异丙基）磷酸酯，待搅拌均匀后加热至100℃，进行真空混合2h后，投入氢氧化铝、硅微粉，再真空搅拌40min，停止搅拌，得到A组分；

（2）B组分的制备

浇注灌封前，先将A组分放入90℃烘箱中预热2小时后，上下搅拌均匀；然后，将A组分和B组分按重量比为100:32均匀混合，获得阻燃型灌封材料，即可用于灌封。

本实施例中，灌封工艺如下：

A．浇注灌封

当环境温度低于10℃时，为提高固化速度、减少灌封材料气泡的产生，可先将被灌封器件（或夹具）放入100℃烘箱中预热0.5h，再进行浇注灌封。

B．真空脱泡

将灌封好的产品放入真空箱中进行真空脱泡，脱泡时间15min。

为达到更好的脱泡效果，在灌封材料制备完成后，首先对其进行一次真空脱泡，脱泡时间在15min，再按上述步骤进行浇注灌封。

将脱泡后的产品放入烘箱中进行加热固化，本阻燃型灌封材料的固化条件为90℃，时间为3h。

本发明的物化指标如下：

实施例结果表明，本发明阻燃型灌封材料固化后表面平整、有光泽、高硬度，与多种材料的相容性优异，粘接强度高；具有良好的绝缘、抗电压性能，耐酸碱、防潮、防水、防油、防尘性能佳，并耐湿热和大气老化。

Claims

1.一种阻燃型灌封材料，其特征在于，该材料包括A组分和B组分，其中：

按重量百分比计，A组分包括：基料双酚A型环氧树脂20～40%；阻燃剂30～45%；稀释剂二甘醇二苯甲酸酯1～5%；增韧剂邻苯二甲酸二辛酯1～5%；颜料1～3%；有机硅消泡剂0.01～0.15%；填料硅微粉20～35%；阻燃剂为阻燃填料氢氧化铝和液体阻燃剂三（氯异丙基）磷酸酯组成，在A组分中，氢氧化铝重量占25～35%，三（氯异丙基）磷酸酯重量占5～10%；

按重量百分比计，B组分包括：固化剂苯酐或甲基四氢苯酐80～95%；固化剂桐马酸酐4～15%；促进剂2,4,6-三（二甲胺基甲基）苯酚1～5%；

A组分和B组分的重量比为100:（29～32）；

颜料为炭黑、中铬黄和酞青绿的混合物，根据颜色需要进行配比；

在A组分中，炭黑占0.05～0.5%，中铬黄占0.5～2%，酞青绿占0.4～1%；

所述阻燃型灌封材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）A组分的制备

将双酚A型环氧树脂、有机硅消泡剂、酞青绿投入到反应釜中，以搅拌转速50～80rpm/min进行搅拌，温度达到150～160℃后，以搅拌转速为90～120 rpm/min进行搅拌，依次投入中铬黄、炭黑、二甘醇二苯甲酸酯、邻苯二甲酸二辛酯、三（氯异丙基）磷酸酯，待搅拌均匀后加热至100～150℃，进行真空混合0.5～2h后，投入氢氧化铝、硅微粉，再真空搅拌20～40min，停止搅拌，得到A组分；

（2）B组分的制备

将A组分和B组分按重量比为100:（29～32）均匀混合，获得阻燃型灌封材料。

2.按照权利要求1所述阻燃型灌封材料，其特征在于，先将A组分上下搅拌均匀，再将其与B组分按重量比为100:（29～32）均匀混合，即获得阻燃型灌封材料。

3.按照权利要求1所述阻燃型灌封材料，其特征在于，当环境温度低于10℃时，先将A组分放入80～90℃烘箱中预热2～3h，再将其与B组分按重量比为100:（29～32）均匀混合。

4.一种权利要求1所述阻燃型灌封材料的灌封工艺，其特征在于，包括如下步骤：

A．浇注灌封

将制备好的灌封材料沿被浇注灌封器件或夹具的边缘匀速注入模腔中；

B．真空脱泡

将灌封好的产品放入真空箱中进行真空脱泡，脱泡时间在10～15min。

5.按照权利要求4所述阻燃型灌封材料的灌封工艺，其特征在于，当环境温度低于10℃时，先将被灌封器件或夹具放入80～100℃烘箱中预热0.5～1.5h，再进行浇注灌封。

6.按照权利要求4所述阻燃型灌封材料的灌封工艺，其特征在于，在灌封材料制备完成后，首先对其进行一次真空脱泡，脱泡时间在10～15min，再进行浇注灌封。

7.按照权利要求4所述阻燃型灌封材料的灌封工艺，其特征在于，将脱泡后的产品放入烘箱中进行加热固化，阻燃型灌封材料的固化条件为80～90℃，时间为3～5h。