CN108795354A - 一种导热改性环氧树脂胶粘剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导热改性环氧树脂胶粘剂，包括以下重量份的组分：环氧树脂10‑20份，增韧剂15‑25份，双氰胺0.2‑5份，咪唑0.02‑0.2份，流平剂0.005‑0.5份，分散剂0.005‑0.5份，氧化铝30‑60份，氮化硼2‑5份，二氧化硅5‑10份，丙酮10‑20份。本发明的目的是提供一种导热改性环氧树脂胶粘剂，柔韧性强、剥离强度高、挠曲性好、尺寸稳定性好，耐化学腐蚀性强、耐电压击穿绝缘优异、并兼具高热传导性。

Description

一种导热改性环氧树脂胶粘剂及制备方法

技术领域

本发明涉及一种胶粘剂，具体涉及一种导热改性环氧树脂胶粘剂及制备方法。

背景技术

挠性印刷线路板(FPC)是电子工业印刷电路行业的一种新型接线方式，和刚性印刷线路板相比，FPC可以弯曲、折叠相接，可以立体布线、三维空间互联、减少重量、缩少体积；它使得电子产品向高密度、小型化、高可靠性方向发展。目前以被广泛地应用于通讯设备、计算机、照相机、汽车工业、兵器工业、仪器仪表工业、LED灯带等许多电子产品领域中。FPC基材是用胶粘剂将挠性绝缘材料和铜箔经过热压粘合而成，其使用的胶粘剂包括聚酯类、环氧树脂类、丙烯树脂类、聚酰亚胺类等。环氧树脂胶粘剂由于具有许多突出的特性，如很强的粘结力，良好的耐热性、绝缘性和力学性能，优良的成型工艺性能，以及较低的成本等，广泛应用在FPC上。

然而，用于普通FPC的环氧树脂胶粘剂虽然通过改性取得了柔韧性、耐热性等特点，但细分应用于LED领域、大功率电子电路领域的FPC尚且存在一些不足之处，即不具备导热性能、因LED在长期使用过程中会散发大量的热量，不具备导热功能的话，易造成LED应用使用寿命短或发光效率不足。因此必须设计一种具有高效热传导性、绝缘耐压性、柔软可弯曲性、低离子迁移性的环氧胶粘剂，以满足柔性与刚性LED领域使用的要求，从而利于在LED高发热领域大量推广，满足照明应用的高亮度要求。

铝基板结构一般为三层复合结构，中间为导热、绝缘层，上、下两层分别是电路层(即铜箔层)、散热层铝材。电路层要求具有很大的载流能力，从而应使用较厚的铜箔，厚度一般35μm～280μm；导热绝缘层是PCB铝基板核心技术之所在，它一般是由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成，热阻小，粘弹性能优良，具有抗热老化的能力，能够承受机械及热应力。LED等高性能PCB铝基板的导热绝缘层正是使用了此种技术，使其具有极为优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能；金属基层是铝基板的支撑构件，要求具有高导热性，一般是铝板，也可使用铜板(其中铜板能够提供更好的导热性)，适合于钻孔、冲剪及切割等常规机械加工。工艺要求有：镀金、喷锡、osp、抗氧化、沉金、无铅、ROHS制程等，在LED灯饰行业中，热传导与散热问题是目前灯饰设计的一个重要环节，也可以说，如果设计过程中，热传导与散热问题没有解决的话，这款产品极有可能是个废品！而且，热传导的问题没有解决，散热器做的再大也没有用。

发明内容

本发明的目的是提供一种导热改性环氧树脂胶粘剂，柔韧性强、剥离强度高、挠曲性好、尺寸稳定性好，耐化学腐蚀性强、耐电压击穿绝缘优异、并兼具高热传导性。

本发明还公开了一种导热改性环氧树脂胶粘剂的制备方法。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种导热改性环氧树脂胶粘剂，包括以下重量份的组分：环氧树脂10-20份，增韧剂15-25份，双氰胺0.2-5份，咪唑0.02-0.2份，流平剂0.005-0.5份，分散剂0.005-0.5份，氧化铝30-60份，氮化硼2-5份，二氧化硅5-10份，丙酮10-20份。

优选的，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂。

优选的，按重量百分比计，所述增韧剂由20％端羧基丁腈橡胶和丙酮80％组成。

优选的，所述端羧基丁腈橡胶为固体，且其所述的端羧基丁腈橡胶中丙烯腈的含量为18-41％。

优选的，所述咪唑为1氢基-2-乙基-4-甲基咪唑。

优选的，流平剂为烷基改性聚硅氧烷流平剂。

优选的，所述分散剂为含硅酸性润湿分散剂。

优选的，所述二氧化硅为球形二氧化硅。

一种导热改性环氧树脂胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

1)、增韧剂的配制：按重量百分比将20％端羧基丁腈橡胶切成条状，并进行混炼，然后在反应釜内加入80％丙酮，开启搅拌器，按配比加入混炼完成的端羧基丁腈橡胶；充分搅拌，使其溶解完全，得到增韧剂；

2)、填料分散：在分散釜内加入丙酮、环氧树脂并加入分散剂，混合均匀，再按照比列在该分散釜内加入氮化硼、氧化铝、二氧化硅，高速分散1-3个小时，分散速度为3000rpm/min，直到填料完全分散均匀，再用气动泵抽出，置于超声波装置中分散1-3个小时，致其氮化硼、氧化铝、二氧化硅均匀分散在环氧树脂中，得到分散均匀的填料；

3)、配制胶粘剂：在另一反映釜内，开启搅拌器，加入步骤1)中的增韧剂以及步骤2)中已分散均匀的填料，搅拌均匀，再按照比例称取双氰胺、咪唑、流平剂在常温常压下，与填料、增韧剂混合，充分搅拌2-3小时、直到均匀混合，得到胶液；

4)、研磨：将步骤3)得到的胶液经砂磨机研磨一次，达到10um以下细度后，即得到导热改性环氧树脂胶粘剂。

本发明的有益效果是：(1)本发明针对导热、绝缘层，提供一种导热改性环氧树脂胶粘剂，柔韧性强、剥离强度高、挠曲性好、尺寸稳定性好，耐化学腐蚀性强、耐电压击穿绝缘优异、并兼具高热传导性。

(2)本发明产品采用含端羧基的丁腈橡胶与丙酮作为增韧剂，有效的提高了本发明胶粘剂的柔韧性、剥离强度、挠曲性、以双酚A环氧树脂配合耐高温潜伏性双氰胺做固化剂，咪唑作催化剂可以满足工艺要求的常温储存性、在与铜箔、铝材贴合高温固化后，体现出较高的TG，优异的尺寸稳定性、耐化学腐蚀性、绝缘强度、电性能。

(3)本发明产品采用氮化硼、氧化铝、球形二氧化硅复配，通过其不同结构互相作用，经超声波工艺分散后在胶粘体系中分布均匀，有效的提高了热传导率，使其应用于LED照明、高功率电子电路中，可以有效的大面积散发产品使用中产生的热量，提高了LED、电路的使用寿命。

(4)本发明采用的分散剂为含硅酸性润湿分散剂，流平剂为烷基改性聚硅氧烷流平剂，此类结构助剂不仅提高配方体系的耐热性，且对大比列填充的氧化铝、氮化硼、二氧化硅无机物具有优秀的表面包覆处理能力，使无机填料在配方体系中分散、粒径分布均匀，从而提高介质层绝缘强度和导热能力。

(5)本发明固化剂反应机理如下：

(5.1)采用双氰胺固化剂，由其分子式里含有伯胺和仲胺，伯胺和仲胺固化环氧基的反应如下：

这一步通常称为预反应，是在配料槽中进行，它是单体类小分子结构相互结合形成线性及部份分枝结构。

上述反应结束后，产物中就产生了叔胺，叔胺在35℃时(即配料槽内温度)，是不与环氧基发生反应的，故此种潜伏性可以提供导热介质半固化胶有充足储存时间，在与铜箔、铝材加工贴合后只有在加热的条件下，才有固化反应功能，固化反应原理如下：

这样反应发生连锁反应，线性及分枝状的分子便相互结合形成网状结构，自至完全硬化为止，达到一种高密度组织。此结构既保证了胶黏剂半固态下超长的储存周期，适应铝基板压合工艺要求，通过后续高温固化完全后也赋予铝基板高要求的耐热、绝缘、导热要求。

(5.2)咪唑具有很高的活性，在中温下即可使环氧树脂迅速固化，与环氧树脂混合贮存时间很短，本发明所采用的1氢基-2-乙基-4-甲基咪唑，是将咪唑环上1位仲胺基氮原子上的活泼氢进行改性，或者将咪唑环上3位N原子的碱性进行改性，使它与具有空轨道的化合物复合，从而降低咪唑的反应活性，延长贮存周期。咪唑对于环氧树脂的固化来说，是加成型和催化型双作用固化剂。咪唑与环氧树脂反应机理如图1所示。

(6)本发明的导热改性环氧树脂胶粘剂，其特点是：结构简单、制作方便，胶黏剂层粘结力高、耐高温(满足无铅回流焊288/60S不起泡不分层)、导热性高，通过氮化硼、氧化铝、二氧化硅的复配，本发明制备的导热改性环氧树脂胶粘剂，可以得到热传导率2.0W/m.k以上的铝基板材料，本发明采用特殊结构的咪唑配合胺类固化剂可以得到操作、储存时间极长的潜伏性半固化产品，特别适合铝基板、铜箔基板、陶瓷基板的后续压合操作工艺，经过采用纯度高的双酚A环氧树脂配合氮化硼、氧化铝、二氧化硅杂化复配后，利用其各材料的独特性能与相互作用可以在高温加湿状态下施加电压后，电极间存在电场和绝缘间隙部有水分存在作为条件下，有效阻止离子化金属向相反的方向移动(阴极向阳极生长)，形成高的绝缘电阻，发挥回路机能，特别适用于电子电路、高绝缘基材制作使用。

(7)对本发明实施例3中的产品进行性能测定，结果如下：

表1本发明中导热改性环氧树脂胶粘剂的性能测定

性能	本发明实施例3
		拉伸强度MPa	85
冲击强度Kj.m-2/77k	2.5
		断裂伸长率％/77K	1.7
热膨胀系数k-1/(-196-25℃)	4.3×10-5
		T型剥离强度n/25mm	56.7
200℃老化200小时剪切强度保持率％	96
		热传导率W/m.k	2.0

从上表1可见，利用本发明方法和配方生产出的导热改性环氧树脂胶粘剂产品具有很好的力学性能如拉伸强度、冲击强度、剥离强度同时本发明产品具有挠曲性、尺寸稳定性良好的优点，特别是具有较高的热传导性，对在LED柔性灯带、日光灯管、汽车电子等领域应用起到比普通低热传导产品的不可比拟作用，有效的提高灯珠使用宿命5-10倍，本发明应用有效的促进了对LED灯带产品的更新换代、产品性能升级，为LED普及推广起到良好的作用。

附图说明

图1为咪唑与环氧树脂反应机理示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

以下是具体实施例

实施例1

一种导热改性环氧树脂胶粘剂，包括以下重量份的组分：双酚A环氧树脂10份，增韧剂15份，双氰胺0.2份，1氢基-2-乙基-4-甲基咪唑0.02份，烷基改性聚硅氧烷流平剂0.005份，含硅酸性润湿分散剂0.005份，氧化铝30份，氮化硼2份，球形二氧化硅5份，丙酮10份。

按重量百分比计，所述增韧剂由20％端羧基丁腈橡胶和丙酮80％组成。

一种导热改性环氧树脂胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

1)、增韧剂的配制：按重量百分比将20％的固体端羧基丁腈橡胶切成条状，并进行混炼，其所述的端羧基丁腈橡胶中丙烯腈的含量为18-41％，然后在反应釜内加入80％丙酮，开启搅拌器，按配比加入混炼完成的端羧基丁腈橡胶；充分搅拌，使其溶解完全，得到均一透明的黏稠溶液，即增韧剂；

2)、填料分散：在分散釜内加入丙酮、环氧树脂并加入分散剂，混合均匀，再按照比列在该分散釜内加入氮化硼、氧化铝、二氧化硅，控制固含量70％的固体份，高速分散1个小时，分散速度为3000rpm/min，直到填料完全分散均匀，再用气动泵抽出，置于超声波装置中分散1个小时，致其氮化硼、氧化铝、二氧化硅均匀分散在环氧树脂中，得到分散均匀的填料；

3)、配制胶粘剂：在另一反映釜内，开启搅拌器，加入步骤1)中的增韧剂以及步骤2)中已分散均匀的填料，搅拌均匀，再按照比例称取双氰胺、咪唑、流平剂在常温常压下，与填料、增韧剂混合，充分搅拌2小时、直到均匀混合，得到胶液；

4)、研磨：将步骤3)得到的胶液经砂磨机研磨一次，达到10um以下细度后，即得到导热改性环氧树脂胶粘剂。

实施例2

一种导热改性环氧树脂胶粘剂，包括以下重量份的组分：双酚A环氧树脂20份，增韧剂25份，双氰胺5份，1氢基-2-乙基-4-甲基咪唑0.2份，烷基改性聚硅氧烷流平剂0.5份，含硅酸性润湿分散剂0.5份，氧化铝60份，氮化硼5份，球形二氧化硅10份，丙酮20份。

按重量百分比计，所述增韧剂由20％端羧基丁腈橡胶和丙酮80％组成。

一种导热改性环氧树脂胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

1)、增韧剂的配制：按重量百分比将20％的固体端羧基丁腈橡胶切成条状，并进行混炼，其所述的端羧基丁腈橡胶中丙烯腈的含量为18-41％，然后在反应釜内加入80％丙酮，开启搅拌器，按配比加入混炼完成的端羧基丁腈橡胶；充分搅拌，使其溶解完全，得到均一透明的黏稠溶液，即增韧剂；

2)、填料分散：在分散釜内加入丙酮、环氧树脂并加入分散剂，混合均匀，再按照比列在该分散釜内加入氮化硼、氧化铝、二氧化硅，控制固含量70％的固体份，高速分散3个小时，分散速度为3000rpm/min，直到填料完全分散均匀，再用气动泵抽出，置于超声波装置中分散3个小时，致其氮化硼、氧化铝、二氧化硅均匀分散在环氧树脂中，得到分散均匀的填料；

3)、配制胶粘剂：在另一反映釜内，开启搅拌器，加入步骤1)中的增韧剂以及步骤2)中已分散均匀的填料，搅拌均匀，再按照比例称取双氰胺、咪唑、流平剂在常温常压下，与填料、增韧剂混合，充分搅拌3小时、直到均匀混合，得到胶液；

4)、研磨：将步骤3)得到的胶液经砂磨机研磨一次，达到10um以下细度后，即得到导热改性环氧树脂胶粘剂。

实施例3

一种导热改性环氧树脂胶粘剂，包括以下重量份的组分：双酚A环氧树脂15份，增韧剂20份，双氰胺3份，1氢基-2-乙基-4-甲基咪唑1份，烷基改性聚硅氧烷流平剂0.2份，含硅酸性润湿分散剂0.2份，氧化铝40份，氮化硼3份，球形二氧化硅8份，丙酮15份。

按重量百分比计，所述增韧剂由20％端羧基丁腈橡胶和丙酮80％组成。

一种导热改性环氧树脂胶粘剂的制备方法，包括如下步骤：

1)、增韧剂的配制：按重量百分比将20％的固体端羧基丁腈橡胶切成条状，并进行混炼，其所述的端羧基丁腈橡胶中丙烯腈的含量为18-41％，然后在反应釜内加入80％丙酮，开启搅拌器，按配比加入混炼完成的端羧基丁腈橡胶；充分搅拌，使其溶解完全，得到均一透明的黏稠溶液，即增韧剂；

2)、填料分散：在分散釜内加入丙酮、环氧树脂并加入分散剂，混合均匀，再按照比列在该分散釜内加入氮化硼、氧化铝、二氧化硅，控制固含量70％的固体份，高速分散2个小时，分散速度为3000rpm/min，直到填料完全分散均匀，再用气动泵抽出，置于超声波装置中分散2个小时，致其氮化硼、氧化铝、二氧化硅均匀分散在环氧树脂中，得到分散均匀的填料；

3)、配制胶粘剂：在另一反映釜内，开启搅拌器，加入步骤1)中的增韧剂以及步骤2)中已分散均匀的填料，搅拌均匀，再按照比例称取双氰胺、咪唑、流平剂在常温常压下，与填料、增韧剂混合，充分搅拌2.5小时、直到均匀混合，得到胶液；

4)、研磨：将步骤3)得到的胶液经砂磨机研磨一次，达到10um以下细度后，即得到导热改性环氧树脂胶粘剂。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种导热改性环氧树脂胶粘剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：环氧树脂10-20份，增韧剂15-25份，双氰胺0.2-5份，咪唑0.02-0.2份，流平剂0.005-0.5份，分散剂0.005-0.5份，氧化铝 30-60份，氮化硼 2-5份，二氧化硅5-10份，丙酮10-20份。

2.根据权利要求1所述的一种导热改性环氧树脂胶粘剂，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的一种导热改性环氧树脂胶粘剂，其特征在于，按重量百分比计，所述增韧剂由20%端羧基丁腈橡胶和丙酮80%组成。

4.根据权利要求2所述的一种导热改性环氧树脂胶粘剂的制备方法，其特征在于，所述端羧基丁腈橡胶为固体，且其所述的端羧基丁腈橡胶中丙烯腈的含量为18-41%。

5.根据权利要求1所述的一种导热改性环氧树脂胶粘剂，其特征在于，所述咪唑为1氢基-2-乙基-4-甲基咪唑。

6.根据权利要求1所述的一种导热改性环氧树脂胶粘剂，其特征在于，流平剂为烷基改性聚硅氧烷流平剂。

7.根据权利要求1所述的一种导热改性环氧树脂胶粘剂，其特征在于，所述分散剂为含硅酸性润湿分散剂。

8.根据权利要求1所述的一种导热改性环氧树脂胶粘剂，其特征在于，所述二氧化硅为球形二氧化硅。

9.如要求1-8所述的任意一种导热改性环氧树脂胶粘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、增韧剂的配制：按重量百分比将20%端羧基丁腈橡胶切成条状，并进行混炼，然后在反应釜内加入80%丙酮，开启搅拌器，按配比加入混炼完成的端羧基丁腈橡胶；充分搅拌，使其溶解完全，得到增韧剂；

2）、填料分散：在分散釜内加入丙酮、环氧树脂并加入分散剂，混合均匀，再按照比列在该分散釜内加入氮化硼、氧化铝、二氧化硅，高速分散1-3个小时，分散速度为3000rpm/min，直到填料完全分散均匀，再用气动泵抽出，置于超声波装置中分散1-3个小时，致其氮化硼、氧化铝、二氧化硅均匀分散在环氧树脂中，得到分散均匀的填料；

3）、配制胶粘剂：在另一反映釜内，开启搅拌器，加入步骤1）中的增韧剂以及步骤2）中已分散均匀的填料，搅拌均匀，再按照比例称取双氰胺、咪唑、流平剂在常温常压下，与填料、增韧剂混合，充分搅拌2-3小时、直到均匀混合，得到胶液；

4）、研磨：将步骤3）得到的胶液经砂磨机研磨一次，达到10um以下细度后，即得到导热改性环氧树脂胶粘剂。