
客户做环氧树脂灌封胶,做UL94V0级,需要耐高温耐温,测试成品灌封胶,他会用一个烙铁,就是维修半导体烙锡焊的电洛铁,那个温度大概能有个350℃,他会用那个烙铁烙那个固化物。如果里边有那个粉料的话,那个粉料如果不耐温不是太好的话,它就会烫出明显痕迹,有融化迹象。以前用的APP,这个耐温肯定不行,现在寻求新的配方。
现在就客户的诉求尽心分析,涉及到既要高阻燃等级(UL94 V0)又要极端高温(350℃烙铁瞬时接触)的应用场景。APP(聚磷酸铵)在350℃下确实会严重分解失效(它通常在250-300℃开始明显分解),导致阻燃体系崩溃并出现熔融痕迹。
核心思路: 需要选择分解温度远高于350℃,且能在高温下形成稳定、隔热、保护性炭层的阻燃剂或协同体系。
一、推荐方案及阻燃剂选择
1、 主阻燃剂:升级为更高耐温的次膦酸盐/膦酸盐
二乙基次膦酸铝: 这是你已经在用的,它的热稳定性(分解温度通常 >400℃)远高于APP,非常适合350℃的瞬时高温挑战。它本身阻燃效率高(磷铝协同),且对环氧树脂的电气性能影响相对较小。
(1) 优化方向:
提高添加量: 在保证工艺性(粘度、沉降)和最终产品性能(硬度、韧性、电气性)的前提下,可能需要适当提高其用量(例如18-25%),以提供足够的阻燃元素和成炭能力。
使用更稳定的铝盐形态: 确保你使用的是高纯度、高耐热等级的二乙基次膦酸铝。不同厂家、不同工艺的产品热稳定性可能有差异,选择信誉好的供应商。可以考虑尝试其铝/锌复合盐,有时热稳定性或协同效应更好。
(2) 替代/补充:二乙基次膦酸锌: 热稳定性也很好(>400℃),有时在环氧体系中的相容性或电气性能略有不同,可以尝试对比。它对抑制阴燃可能略有优势。
2、关键协同剂:引入耐高温成炭剂和协效剂
(1) 三聚氰胺氰尿酸盐: 这是非常推荐的协同剂。
优势:优异的耐热性(分解温度约440℃),完全满足350℃要求,与次膦酸铝有显著的磷-氮协同阻燃效应,能大幅提升阻燃效率(更容易达到V0),并促进形成更致密、膨胀性更好的炭层。该炭层在烙铁接触时能起到关键的隔热、隔氧、防止熔滴的作用,保护下层材料。
添加量: 通常建议在5-10%之间,与次膦酸铝复配(如15-20% AlPi + 5-8% MCA)。需要实验优化具体比例。
(2) 硼酸锌:有良好的耐热性(熔点约980℃,脱水约300℃,但结构在350℃仍稳定)多功能的阻燃协效剂:促进成炭、抑制阴燃、抑烟、抑制熔滴。在高温下(如烙铁接触点)能形成玻璃态的硼酸盐保护层,增强炭层的强度和隔热性。成本相对较低。
添加量: 3-8%。通常作为三组分体系的一部分(如15-20% AlPi + 5-8% MCA + 3-5% ZB)。
3、 填料与增强:
(1) 氢氧化铝: 虽然其阻燃效率相对较低(需要高添加量,>50%才能有效),且分解温度较低(~200℃),但在本应用中需要谨慎使用:
缺点: 大量添加会显著增加粘度,降低机械性能。更重要的是,在350℃烙铁下,其分解吸热作用早已完成,分解产物氧化铝是耐高温的,但分解过程中释放的水蒸气可能会破坏炭层结构,甚至导致灌封胶在烙铁点出现“爆裂”或更明显的凹陷。如果追求极限耐烙铁表现,不建议作为主阻燃填料。
有限使用: 如果为了降低成本或调整粘度/比重,可以少量使用(<15%),但要评估其对高温烙铁测试的影响(是否出现粉化、多孔痕迹)。
(2)高耐热填料:
气相二氧化硅: 主要用于触变、防沉。其耐热性极好(>1000℃),少量添加(1-2%)有助于稳定体系,对高温下的形态保持有益。
硅微粉: 常用的环氧填料,耐热性好(>1000℃)。选择合适粒径和表面处理的硅微粉可以填充,提高硬度和导热性(有时对散热有益),但对阻燃本身贡献不大。确保其纯净度,避免引入降低阻燃性的杂质。
其他: 如硫酸钡、云母粉等耐热矿物填料也可考虑,主要调节物理性能。
4、树脂基体与工艺考量:
(1) 环氧树脂选择: 选择本身耐热性较好的环氧树脂(如邻甲酚醛环氧、酚醛环氧、多官能团环氧)和相应的耐热固化剂(如酸酐类、芳香胺类)。基体的热变形温度应尽可能高(>150℃,最好>180℃)。
(2)分散与混合: 确保所有粉体(尤其是阻燃剂)充分分散均匀。使用高速分散机或三辊研磨机。不均匀的分散会导致局部阻燃失效或高温点弱点。
(3)固化工艺: 严格按照推荐固化条件进行,确保完全固化。不完全固化的环氧耐热性和阻燃性都会下降。
(4)粘度控制: 高添加量的阻燃剂会增加粘度。选择合适的稀释剂(反应性或非反应性,需评估对阻燃和耐热的影响)或调整填料比例来满足灌封工艺要求。
二、推荐配方架构(起点,需实验优化)
方案一(次膦酸盐+MCA为主):
环氧树脂 + 固化剂: 55-65%
二乙基次膦酸铝: 18-22%
三聚氰胺氰尿酸盐: 6-9%
硼酸锌: 3-5%
气相二氧化硅: 1-2%
硅微粉/其他填料: 余量 (调整至100%,控制粘度)
(可选) 少量特殊助剂:如润湿分散剂、消泡剂。
方案二(侧重硼酸锌协同):
环氧树脂 + 固化剂: 50-60%
二乙基次膦酸铝: 15-20%
硼酸锌: 8-12%
三聚氰胺氰尿酸盐: 3-5% (或尝试不加,看效果)
气相二氧化硅: 1-2%
硅微粉/其他填料: 余量
三、重点测试项
1、UL94 V-0: 这是基本要求。按标准厚度(通常1.6mm和3.2mm)测试。
2、高温烙铁测试: 这是关键验收标准! 模拟客户测试方法:
使用标准电烙铁(烙铁头温度校准到350±10℃)。 将烙铁头以一定角度和压力(模拟维修场景)接触固化好的灌封胶样品表面(厚度应等于或大于实际应用厚度)。 接触时间:建议30秒或更长(比实际维修时间长,做加速测试)。
观察:是否有明显熔融、凹陷、流淌?移开烙铁后,接触点是否变色、粉化、开裂?痕迹是否仅限于表面浅层,还是深及内部?理想状态是:接触点轻微变色(炭化),形成一个稳定、无熔融、无凹陷或轻微凹陷的炭化点,没有粉料“烫化”的迹象。
3、其他性能: 电气性能(体积电阻率、介电强度)、机械性能(硬度、强度)、热老化性能、玻璃化转变温度等。
四、总结
放弃APP,坚持使用高耐热、高分解温度的阻燃剂:二乙基次膦酸铝是核心。引入耐高温的协同剂是达到V0并抵抗350℃烙铁的关键:三聚氰胺氰尿酸盐是首选,硼酸锌是强力备选。优化复配比例和总添加量至关重要。 没有万能比例,必须根据具体树脂、固化剂、工艺和性能要求进行实验。严格模拟客户的高温烙铁测试是验证成功与否的金标准。 UL94 V0是门槛,烙铁测试才是实际应用的试金石。关注粉体分散均匀性和基体树脂的完全固化。
建议从推荐的方案一(AlPi + MCA + ZB)开始小试,重点调整AlPi和MCA的比例,并严格进行烙铁测试。与你的阻燃剂供应商紧密沟通,获取他们针对这种极端高温应用的建议和样品(尤其是高耐热等级的次膦酸盐和MCA)。
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