活性硅微粉对环氧树脂灌封工艺及性能的影响

2021年度绿色矿山科学技术奖（非金属矿、矿物材料相关领域）申报工作由中关村绿色矿山产业联盟非金属矿专委会负责组织评审，申报请关注V信公众号“粉体技术网”。

在环氧树脂、硅橡胶、塑料和涂料等现代高分子材料中，填料占有较大的份额。硅微粉作为环氧树脂灌封料的常用填料之一，对改进环氧树脂的某些物理性能具有明显的作用，例如在环氧树脂灌封料中加入活性硅微粉，可大大提高环氧树脂灌封料的抗冲击性能、降低环氧树脂灌封料的黏度。

为了使环氧树脂和硅微粉能够更好地融合，就要对硅微粉进行表面改性，改性的目的就是通过偶联剂和增韧剂等将硅微粉表面的极性改为非极性，使之具有憎水性和亲有机溶剂的性质，浸润性好，从而增强硅微粉与环氧树脂界面之间的结合力。

陈伟民研究了不同粒径的活性硅微粉与非活性硅微粉对环氧树脂灌封工艺及环氧树脂固化物性能的影响。

1、硅微粉的活性与物理性能的关系

与加入非活性硅微粉的环氧树脂固化物相比，加入活性硅微粉的环氧树脂固化物固化收缩率、线膨胀系数和吸水率均小于加入非活性硅微粉的环氧树脂固化物，原因在于：活性硅微粉在活化过程中，活化剂中的复合硅烷偶联剂吸附在硅微粉颗粒的表面，形成一层极薄且牢固的膜。这层膜的水解基团与硅微粉表面发生水解和缩合等反应，生成共价键。

同时，活性处理剂在硅微粉表面铺展成一层连续的薄膜，从而改变了硅微粉表面原来的性质，使之具有憎水和亲有机溶剂的性质，浸润性好，因此用活性硅微粉作为填料的环氧固化物的吸水性明显比普通硅微粉做填料的环氧固化物的低。而对物理性能的影响不太明显，对体积电阻系数和击穿电压的影响略有体现。

2、硅微粉的活性与固化物抗冲击强度的关系

经过活性硅微粉改性的环氧树脂固化物其抗冲击强度远远大于经过非活性硅微粉改性的环氧树脂固化物的抗冲击强度。这是因为硅微粉在活化过程中硅微粉的表面吸附了活化剂中的偶联剂和增韧剂等，形成一层连续相的柔韧性分子包覆层。当环氧树脂中混合了活性硅微粉时，在环氧树脂和单体活性硅微粉的接触界面之间，存在一个柔韧性分子层。在活性硅微粉与环氧树脂的混合液中，活性硅微粉与环氧树脂之间形成一个密集相连的立体型柔韧性网络结构。当环氧树脂混合物在固化过程中产生的内应力传递到活性硅微粉表面时，即通过柔韧性网络结构诱导，引发大量的微裂纹和剪切带来吸收能量，最终提高固化物的冲击强度。

3、硅微粉的活性对浸灌封料黏度的影响

随着温度的升高，添加有活性硅微粉与非活性硅微粉的环氧树脂灌封料的黏度均大幅度降低。同样添加量的活性硅微粉灌封料黏度远远小于非活性硅微粉灌封料的黏度。这是因为经过活化处理的硅微粉在偶联剂的作用下表面形成了薄薄的一层薄膜，这种薄膜具有憎水性。经过活化处理的硅微粉与环氧树脂混合后硅微粉表面的憎水性薄膜与环氧树脂之间产生了化学键，结合力为分子间力，此时硅微粉与环氧树脂之间无气膜存在，因此亲和性好。从而降低了环氧树脂灌封料的黏度。

资料来源：《陈伟民.硅微粉对环氧树脂灌封工艺及性能的影响探讨[J].电子工艺技术,2018,39(06):363-366》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！