CN110903601A - 一种环氧树脂组合物、高导热稳定电阻电热板及制备方法 - Google Patents

一种环氧树脂组合物、高导热稳定电阻电热板及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种环氧树脂组合物、高导热稳定电阻电热板及制备方法，其组合物的原料组方及重量份数包括：环氧树脂100～150份；固化剂2～3.8份；固化促进剂0.04～0.1份；填料18～32份；偶联剂0.7～1.4份；溶剂22～39份；氧化硼15～27份；耐热粉7～14份。进一步利用上述环氧树脂组合物胶液制得高导热及稳定电阻电热板。本发明解决了市面上的电热板导热效率不高，以及厂商在对板材进行二次压合的过程中导致的电阻值变小，功率增加，能耗变大的问题。

Description

一种环氧树脂组合物、高导热稳定电阻电热板及制备方法
技术领域
本发明涉及电热板技术领域，尤其涉及一种环氧树脂组合物、高导热稳定电阻电热板及制备方法。
背景技术
电热板是一种通电后板面发热而不带电和无明火的平板，使用时主要依靠热传导，随着电热板的不断普及，人们对于电热板的发热性能的要求日益提高。作为热固性树脂之一的环氧树脂由于其固化物具有优良的耐热性、电气绝缘性等特性，因此被用于电气和电子材料、涂料、胶粘剂、复合材料等各种各样的领域中。特别是在电气和电子材料领域中，环氧树脂其固化物被用于电热板广泛使用。通常电热板是由环氧树脂组合物胶液制成的半固化物压制而成，但由于其半固化物中，胶液材料组分和配比问题，从而导致制成的发热板导热效率不高，通常发热板从冬季常温5℃通电升温到60℃需要3分钟，导热速度较慢。
而且，因不同厂商在半固化片进行二次压合，制成成品电热板的工艺不同(二次压合半固化片时热板温度、热板时间、压力及压力时间不同)，对原有产品电阻造成了变化，形成了较高的介电常数和介质损耗，从而造成了能源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种提高板材热传导性以及稳定板材电阻效应的环氧树脂组合物。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种环氧树脂组合物，它是按以下原料组方及重量份数混合制成的组合物胶液：环氧树脂100～150份；固化剂2～3.8份；固化促进剂0.04～0.1份；填料18～32份；偶联剂0.7～1.4份；溶剂22～39份；氧化硼15～27份；耐热粉7～14份。
在上述方案中，所述的填料包括氧化铝和二氧化硅，其中氧化铝的重量百分比为65～75％，余量为二氧化硅，所述的填料平均粒径为2um。
在上述方案中，所述的固化剂是电子级双氰胺。
在上述方案中，所述的固化促进剂成分为二甲基咪挫。
在上述方案中，所述的偶联剂为硅烷偶联剂FD-600。
在上述方案中，所述的溶剂为二甲基甲酰胺。
一种制备上述环氧树脂组合物的方法，步骤为：
(1)按上述原料组方将固化剂2～3.8份，固化促进剂0.04～0.1份，偶联剂0.7～1.4份，溶剂22～39份混合搅拌八小时，获得双氰胺溶液；
(2)将环氧树脂100～150份和氧化硼15～27份按配比打入熟化釜，并加入上述双氰胺溶液混合搅拌两小时，获得环氧树脂混合液；
(3)将上述环氧树脂混合液打入填料釜按配比加入填料18～32份，并加入耐热粉7～14份充分搅拌24小时，获得本发明环氧树脂组合物胶液。
一种制备包含上述环氧树脂组合物的高导热稳定电阻电热板的方法，由以下步骤制备而成：
(4)将玻璃布浸润上述环氧树脂组合物胶液，拉制并烘干制成所需张数，且厚度均为0.2毫米的半固化片；
(5)将0.035毫米厚度的铜条用电烙铁加热初步粘贴在其中一张半固化片其中的一面上；
并经过以下步骤的六个阶段将固化片和铜片进行深度压合：
第一阶段：加热温度110℃、加热时间40分钟，面积压力37KG/CM2、施压6分钟，对半固化片进行预热施压；
第二阶段：加热温度120℃、加热时间5分钟，面积压力9KG/CM2、施压5分钟，半固化片开始软化；
第三阶段：加热温度135℃、加热时间5分钟，面积压力9KG/CM2、施压5分钟，半固化片开始缓慢融化，胶液流动并与开始铜条相结合；
第四阶段：加热温度150℃、加热时间5分钟，面积压力2KG/CM2、施压1分钟，半固化片开始缓慢硬化；
第五阶段：加热温度175℃、加热时间5分钟，面积压力33KG/CM2、施压10分钟，半固化片进一步硬化，并在压力作用下缓慢成型；
第六阶段：加热温度175℃、加热时间33分钟，面积压力2KG/CM2、施压1分钟，半固化片硬化成型，且与铜条结合成型；
(6)接着，在半固化片的铜条上印刷0.012毫米厚度的导电油墨；
(7)根据所需厚度，将其它几张0.2毫米厚度的半固化片夹在带铜条和油墨的固化片两边，经过以下步骤的六个阶段再压制成0.8毫米厚度的电热板。
第一阶段：加热温度120～125℃、加热时间30～40分钟，面积压力15～20KG/CM2、施压15～20分钟，半固化片开始缓慢软化；
第二阶段：加热温度130～135℃、加热时间15～25分钟，面积压力10～15KG/CM2、施压10～15分钟，半固化片开始缓慢融化，胶液流动，各半固化片缓慢相结合，同时油墨与铜条也进一步均匀、紧密结合；这一过程加热温度不宜过高，加热时间不宜过长，压力不宜过大，施压时间不宜过长。
第三阶段：加热温度140～145℃、加热时间20～25分钟，面积压力20～25KG/CM2、施压30～35分钟，半固化片开始缓慢硬化；
第四阶段：加热温度150～155℃、加热时间5～10分钟，面积压力25～30KG/CM2、施压35～40分钟，半固化片继续硬化；
第五阶段：加热温度160～165℃、加热时间5～10分钟，面积压力41KG/CM2、施压120～125分钟，半固化片进一步硬化，并在压力作用下缓慢成型；
第六阶段：在温度175℃的环境下加热时间40～45分钟后停止施压，四张半固化片硬化结合成型，且铜条与油墨也均匀、紧密结合成型。
本发明的有益效果是：在制备环氧树脂组合物胶液时，按本发明组方和配比添加的氧化硼和耐热粉能增加导热系数，使制得的半固化片具有高导热性，同时利用本发明方法在压合四张半固化片后，制得的成品板材拥有较好的电阻稳定性，使最终制得的电热板同时具有高导热性和稳定电阻的优点。
以下将结合具体实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为发明中，高导热稳定电阻电热板的制备方法流程图。
具体实施方式
一种环氧树脂组合物，其原料组方及重量份数为：环氧树脂100～150份；固化剂2～3.8份；固化促进剂0.04～0.1份；填料18～32份；偶联剂0.7～1.4份；溶剂22～39份；氧化硼15～27份；耐热粉7～14份。
在上述方案中，所述的填料包括氧化铝和二氧化硅，其中氧化铝的重量百分比为65～75％，余量为二氧化硅，优选填料平均粒径为2um，可充分与环氧树脂相溶。
在上述方案中，所述的固化剂是电子级双氰胺，具有优良的机械性能和介电性能。
在上述方案中，所述的阻燃剂成分为四溴双酚A(TBBA)，阻燃效果好，具有较高的性能价格比，以四溴双酚A作为阻燃剂可达到ULV0标准。
在上述方案中，所述的固化促进剂可优选添加，成分为二甲基咪挫，能缩短树脂组合物的固化时间，而且固化更完全，性能更佳。
在上述方案中，所述的偶联剂为硅烷偶联剂(型号：FD-600)，提供厂商为杭州沸点化工有限公司。通常使用的硅烷偶联剂(型号：KH-560)里小分子较多，导致后期制成的半固化片表面比较粗糙，不能充分偶联的作用。若使用硅烷偶联剂FD-600,则改善了上述不足之处，充分起到了偶联作用。
在上述方案中，所述的溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)。
在上述方案中，加入氧化硼能起到迅速导热的效果。
在上述方案中，加入的耐热粉可以和环氧树脂充分兼容，更好发挥耐热效果。提供耐热粉的厂商为徐州迪贝诺电子材料有限公司。
本发明还提供一种制备上述环氧树脂组合物的方法，由以下步骤制备而成：
首先，按上述原料组方将固化剂2～3.8份，固化促进剂0.04～0.1份，偶联剂0.7～1.4份，溶剂22～39份混合搅拌八小时，获得双氰胺溶液；
接着，将环氧树脂100～150份和氧化硼15～27份按配比打入熟化釜，并加入上述双氰胺溶液混合搅拌两小时，获得环氧树脂混合液；
最后，将上述环氧树脂混合液打入填料釜按配比加入填料18～32份，并加入耐热粉7～14份充分搅拌24小时，获得本发明环氧树脂组合物胶液；
以下举出制备0.8毫米厚加热板的四个实施例来具体说明：
实施例一：
1)按上述原料组方将固化剂2份，固化促进剂0.04份，偶联剂0.7份，溶剂22份混合搅拌八小时，获得双氰胺溶液；
2)将环氧树脂100份和氧化硼15份按配比打入熟化釜，并加入上述双氰胺溶液混合搅拌两小时，获得环氧树脂混合液；
3)将上述环氧树脂混合液打入填料釜按配比加入填料18份，并加入耐热粉7份充分搅拌24小时，获得本发明中实施例一的环氧树脂组合物胶液。
实施例二：
1)按上述原料组方将固化剂2.2份，固化促进剂0.05份，偶联剂0.75份，溶剂23份混合搅拌八小时，获得双氰胺溶液；
2)将环氧树脂100份和氧化硼15.5份按配比打入熟化釜，并加入上述双氰胺溶液混合搅拌两小时，获得环氧树脂混合液；
3)将上述环氧树脂混合液打入填料釜按配比加入填料19份，并加入耐热粉7.5份充分搅拌24小时，获得本发明中实施例二的环氧树脂组合物胶液。
实施例三：
1)按上述原料组方将固化剂2.4份，固化促进剂0.06份，偶联剂0.83份，溶剂25份混合搅拌八小时，获得双氰胺溶液；
2)将环氧树脂100份和氧化硼17份按配比打入熟化釜，并加入上述双氰胺溶液混合搅拌两小时，获得环氧树脂混合液；
3)将上述环氧树脂混合液打入填料釜按配比加入填料21份，并加入耐热粉8.5份充分搅拌24小时，获得本发明环氧树脂组合物胶液；
实施例四：
1)按上述原料组方将固化剂3.5份，固化促进剂0.08份，偶联剂1.2份，溶剂39份混合搅拌八小时，获得双氰胺溶液；
2)将环氧树脂150份和氧化硼26份按配比打入熟化釜，并加入上述双氰胺溶液混合搅拌两小时，获得环氧树脂混合液；
3)将上述环氧树脂混合液打入填料釜按配比加入填料32份，并加入耐热粉12份充分搅拌24小时，获得本发明环氧树脂组合物胶液；
最后，将玻璃布浸润上述四个实施例中不同配比的环氧树脂组合物胶液，拉制并烘干成含胶量RC48％、凝胶时间GT120S-135S、流动性RF12-18参数的半固化片，半固化片的大小为1000×600mm，厚度为0.2mm。并取制得的四片半固化片进行导热系数测试。
经上述四个实施例制得的半固化片，取Φ4*4试片，经导热系数试验分析，以及对比杭州某科技有限公司生产的半固化片，具体性状如下表所示：
Figure BDA0002269507360000071
从上述测试结果可以看出，用本发明环氧树脂组合物制成的半固化片，经过导热仪测试，导热系数均在2.7W/(m·K)以上，而对比厂商杭州某科技有限公司生产的半固化片导热系数只有0.8W/(m·K)，尤其是按本发明实施例四材料配比制得的半固化片具有更高的导热系数，达到了3.1W/(m·K)。
本发明还提供一种制备包含上述环氧树脂组合物的高导热稳定电阻电热板的方法，由以下步骤制备而成：
(1)将玻璃布浸润上述环氧树脂组合物胶液，拉制并烘干制成四张厚度为0.2毫米的半固化片；
(2)将0.035毫米厚度的铜条用电烙铁加热初步粘贴在其中一张半固化片其中的一面上，作为电极；
并经过以下步骤的六个阶段将固化片和铜片进行深度压合：
第一阶段：加热温度110℃、加热时间40分钟，面积压力37KG/CM2、施压6分钟，对半固化片进行预热施压；
第二阶段：加热温度120℃、加热时间5分钟，面积压力9KG/CM2、施压5分钟，半固化片开始软化；
第三阶段：加热温度135℃、加热时间5分钟，面积压力9KG/CM2、施压5分钟，半固化片开始缓慢融化，胶液流动并与开始铜条相结合；
第四阶段：加热温度150℃、加热时间5分钟，面积压力2KG/CM2、施压1分钟，半固化片开始缓慢硬化；
第五阶段：加热温度175℃、加热时间5分钟，面积压力33KG/CM2、施压10分钟，半固化片进一步硬化，并在压力作用下缓慢成型；
第六阶段：加热温度175℃、加热时间33分钟，面积压力2KG/CM2、施压1分钟，半固化片硬化成型，且与铜条结合成型；
(3)在半固化片的铜条上印刷0.012毫米厚度的导电油墨；
(4)将其它三张半固化片夹在带铜条和油墨的固化片两边，经过以下步骤的六个阶段再压制成0.8毫米厚度的电热板。
第一阶段：加热温度120～125℃、加热时间30～40分钟，面积压力15～20KG/CM2、施压15～20分钟，半固化片开始缓慢软化；
第二阶段：加热温度130～135℃、加热时间15～25分钟，面积压力10～15KG/CM2、施压10～15分钟，半固化片开始缓慢融化，胶液流动，各半固化片缓慢相结合，同时油墨与铜条也进一步均匀、紧密结合；
第三阶段：加热温度140～145℃、加热时间20～25分钟，面积压力20～25KG/CM2、施压30～35分钟，半固化片开始缓慢硬化；
第四阶段：加热温度150～155℃、加热时间5～10分钟，面积压力25～30KG/CM2、施压35～40分钟，半固化片继续硬化；
第五阶段：加热温度160～165℃、加热时间5～10分钟，面积压力41KG/CM2、施压120～125分钟，半固化片进一步硬化，并在压力作用下缓慢成型；
第六阶段：在温度175℃的环境下加热时间40～45分钟后停止施压，四张半固化片硬化结合成型，且铜条与油墨也均匀、紧密结合成型。
根据上述四张半固化片压合步骤的六个阶段的温度、压力数据不同，对压合前后的电阻造成不同的影响，以下举出四个实施例给予详细说明：
实施例四：
第一阶段：加热温度120℃、加热时间30分钟，面积压力15KG/CM2、施压15分钟，半固化片开始缓慢软化；
第二阶段：加热温度130℃、加热时间15分钟，面积压力10KG/CM2、施压10分钟，半固化片开始缓慢融化，胶液流动，各半固化片缓慢相结合，同时油墨与铜条也进一步均匀、紧密结合；
第三阶段：加热温度145℃、加热时间25分钟，面积压力20KG/CM2、施压30分钟，半固化片开始缓慢硬化；
第四阶段：加热温度150℃、加热时间10分钟，面积压力30KG/CM2、施压35分钟，半固化片继续硬化；
第五阶段：加热温度160℃、加热时间10分钟，面积压力41KG/CM2、施压125分钟，半固化片进一步硬化，并在压力作用下缓慢成型；
第六阶段：在温度175℃的环境下加热时间40分钟后停止施压，四张半固化片硬化结合成型，且铜条与油墨也均匀、紧密结合成型。
实施例五：
第一阶段：加热温度120℃、加热时间35分钟，面积压力15KG/CM2、施压20分钟，半固化片开始缓慢软化；
第二阶段：加热温度130℃、加热时间20分钟，面积压力10KG/CM2、施压15分钟，半固化片开始缓慢融化，胶液流动，各半固化片缓慢相结合，同时油墨与铜条也进一步均匀、紧密结合；
第三阶段：加热温度145℃、加热时间25分钟，面积压力20KG/CM2、施压30分钟，半固化片开始缓慢硬化；
第四阶段：加热温度150℃、加热时间10分钟，面积压力30KG/CM2、施压35分钟，半固化片继续硬化；
第五阶段：加热温度160℃、加热时间10分钟，面积压力41KG/CM2、施压125分钟，半固化片进一步硬化，并在压力作用下缓慢成型；
第六阶段：在温度175℃的环境下加热时间40分钟后停止施压，四张半固化片硬化结合成型，且铜条与油墨也均匀、紧密结合成型。
实施例六：
第一阶段：加热温度125℃、加热时间40分钟，面积压力20KG/CM2、施压20分钟，半固化片开始缓慢软化；
第二阶段：加热温度135℃、加热时间25分钟，面积压力15KG/CM2、施压15分钟，半固化片开始缓慢融化，胶液流动，各半固化片缓慢相结合，同时油墨与铜条也进一步均匀、紧密结合；
第三阶段：加热温度145℃、加热时间25分钟，面积压力20KG/CM2、施压30分钟，半固化片开始缓慢硬化；
第四阶段：加热温度150℃、加热时间10分钟，面积压力30KG/CM2、施压35分钟，半固化片继续硬化；
第五阶段：加热温度160℃、加热时间10分钟，面积压力41KG/CM2、施压125分钟，半固化片进一步硬化，并在压力作用下缓慢成型；
第六阶段：在温度175℃的环境下加热时间40分钟后停止施压，四张半固化片硬化结合成型，且铜条与油墨也均匀、紧密结合成型。
实施例七：
第一阶段：加热温度125℃、加热时间35分钟，面积压力20KG/CM2、施压20分钟，半固化片开始缓慢软化；
第二阶段：加热温度135℃、加热时间20分钟，面积压力12KG/CM2、施压10分钟，半固化片开始缓慢融化，胶液流动，各半固化片缓慢相结合，同时油墨与铜条也进一步均匀、紧密结合；
第三阶段：加热温度145℃、加热时间25分钟，面积压力20KG/CM2、施压30分钟，半固化片开始缓慢硬化；
第四阶段：加热温度150℃、加热时间10分钟，面积压力30KG/CM2、施压35分钟，半固化片继续硬化；
第五阶段：加热温度160℃、加热时间10分钟，面积压力41KG/CM2、施压125分钟，半固化片进一步硬化，并在压力作用下缓慢成型；
第六阶段：在温度175℃的环境下加热时间40分钟后停止施压，四张半固化片硬化结合成型，且铜条与油墨也均匀、紧密结合成型。
与本发明四张半固化片压合步骤不同的是，以下举出对比例，杭州某科技有限公司的压板步骤：
Figure BDA0002269507360000111
Figure BDA0002269507360000121
经上述实施例四～七，在不同的压力、压力时间、温度、加温时间环境下进行压合的电热板，以及对比杭州某科技有限公司生产的发热板，通过电阻测试，具体性状如下表所示：
实施例 原电阻(Ω) 压合后电阻(Ω)
实施例四 2700 2680
实施例五 2680 2660
实施例六 2500 2420
实施例七 2650 2640
对比例 2700 2401
从上述测试结果可以看出，在压制四层半固化片时，当压机压力和温度较高时压合电阻变化较大，尤其是在关键的第二阶段，当压力和温度过高时，会对铜片上印刷的油墨造成一定程度的破坏，导致油墨均匀度和密度出现变化，同时对电阻稳定性也会产生一定的影响(如实施例六所示)，而实施例七中，在适中的压力和温度条件下，制得的电热板电阻更加稳定。从对比例中可以看出，用杭州某科技有限公司的工艺制得的电热板压合后电阻明显变小，结果会让使用功率明显变大，能耗增加。
综上所述，本发明利用环氧树脂组合物中各原料的组方来实现半固化片的高导热性，普通电热板从冬季常温5℃通电升温到60℃需要3分钟，而用本发明方法制得的电热板，加热到60℃只需1分钟。同时利用本发明方法制成的电热板，还有稳定电阻的特性，使得最终制得的电热板同时具有高导热性和稳定电阻的特性。
本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，在对本发明基础上的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种环氧树脂组合物，其特征在于，它是按以下原料组方及重量份数混合制成的组合物胶液：
环氧树脂：100～150份；
固化剂：2～3.8份；
固化促进剂：0.04～0.1份；
填料：18～32份；
偶联剂：0.7～1.4份；
溶剂：22～39份；
氧化硼：15～27份；
耐热粉：7～14份。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，所述的填料包括氧化铝和二氧化硅，其中氧化铝的重量百分比为65～75％，余量为二氧化硅,填料的平均粒径为2um。
3.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，所述的固化剂是电子级双氰胺。
4.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，所述的固化促进剂成分为二甲基咪挫。
5.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，所述的偶联剂为硅烷偶联剂FD-600。
6.根据权利要求1所述的环氧树脂组合物，所述的溶剂为二甲基甲酰胺。
7.一种制备如权利要求1所述环氧树脂组合物的方法，其特征在于，由以下步骤制备而成：
(a)按上述原料组方将固化剂2～3.8份，固化促进剂0.04～0.1份，偶联剂0.7～1.4份，溶剂22～39份混合搅拌八小时，获得双氰胺溶液；
(b)将环氧树脂100～150份和氧化硼15～27份按配比打入熟化釜，并加入上述双氰胺溶液混合搅拌两小时，获得环氧树脂混合液；
(c)将上述环氧树脂混合液打入填料釜按配比加入填料18～32份，并耐热粉7～14份充分搅拌24小时，获得本发明环氧树脂组合物胶液。
8.一种制备包含如权利要求1所述环氧树脂组合物的高导热及稳定电阻电热板的方法，其特征在于，由以下步骤制备而成：
(d)将玻璃布浸润上述环氧树脂组合物胶液，拉制并烘干制成所需张数，且厚度均为0.2毫米的半固化片；
(e)将0.035毫米厚度的铜条初步粘贴在其中一张半固化片其中的一面上，通过加热加压的步骤下将半固化片和铜片进行压合；
(f)在半固化片的铜条上印刷0.012毫米厚度的导电油墨；
(g)根据所需厚度，将其它几张0.2毫米厚度的半固化片夹在带铜条和油墨的固化片两边，通过加热加压步骤，压制成电热板。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其中步骤(g)中加热加压的步骤分为五个阶段：
第一阶段：加热温度120～125℃、加热时间30～40分钟，面积压力15～20KG/CM2、施压15～20分钟；
第二阶段：加热温度130～135℃、加热时间15～25分钟，面积压力10～15KG/CM2、施压10～15分钟；
第三阶段：加热温度140～145℃、加热时间20～25分钟，面积压力20～25KG/CM2、施压30～35分钟；
第四阶段：加热温度150～155℃、加热时间5～10分钟，面积压力25～30KG/CM2、施压35～40分钟；
第五阶段：加热温度160～165℃、加热时间5～10分钟，面积压力41KG/CM2、施压120～125分钟；
第六阶段：在温度175℃的环境下加热时间40～45分钟后停止施压，压合成型。
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