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威海英木胶粘制品有限公司

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功能高分子材料在胶粘剂中的应用进展
发布时间:2020-09-04   查看次数:1794

功能高分子材料在胶粘剂中的应用进展

崔瑾,胡孝勇,柯勇,姜青松

(广西科技大学生物与化学工程学院,广西柳州545006)

摘要:简单介绍了功能高分子材料的种类和特点,特别就其各类功能高分子材料(如导热、导电、磁性、光敏、离子交换树脂、高吸水性、絮凝、光引发、耐高温和形状记忆等材料)在胶粘剂领域中的应用进行了综述。对功能高分子材料在胶粘剂中的独特作用和应用前景进行了展望。

关键词:功能高分子材料;胶粘剂;树脂;粘接

中图分类号:TQ324.8:TQ430.77 文献标志码:A 文章编号:1004-2849(2014)07-0052-05

0· 前言

高分子材料在胶粘剂中的应用历史悠久,含天然高分子材料的传统生物质胶粘剂(例如蛋白类生物质胶粘剂、动物胶、豆胶、血胶、单宁树脂胶和淀粉胶粘剂等)在20 世纪初就得到了较为广泛的应用。随着合成高分子材料的不断涌现,20世纪30年代合成胶粘剂以其更强的黏性和更好的耐久性占领胶粘剂市场,由此进入了合成树脂胶粘剂时代[1]。在胶粘剂领域中,一些功能高分子材料可以提供胶粘剂所需的特殊性能(如导热、导电、磁性和光敏等),这些性能使得胶粘剂在电子电器、光学仪器、建筑和医学等领域得到广泛应用。

1· 功能高分子材料的种类及特点

近年来开发出许多独特功能的高分子材料,其性能和特征都超越了常规高分子材料的特性范围[2]。这种既具有机械特性,又具有某种突出理化性能(如催化性、光敏性、导电性及生物活性等)的高分子材料被称为功能高分子材料[3]。功能高分子材料主要包括导热高分子材料、导电高分子材料、磁性高分子材料、光敏高分子材料、离子交换树脂、高吸水性树脂和高分子絮凝剂等。

2 ·功能高分子材料在胶粘剂方面的应用

2.1 导热高分子材料

胶粘剂具有应力分布连续、质量轻、绝缘性能好和工艺温度低等特点,已广泛应用于电子、电器等行业中,但其自身的热导率较低、导热性欠佳。因此,导热胶的研究已成为拓宽胶粘剂应用范围的关键因素。

导热高分子材料可分为结构型导热高分子材料和添加型导热高分子材料两大类。制备高导热本体聚合物材料的研究,将成为导热高分子材料新的研究方向[4]。相对于结构高分子材料而言,添加型高分子材料的研究较为容易,故目前导热高分子材料的研究主要集中在添加型导热高分子材料方面。导热高分子材料的导热性能由高分子基体、导热填料及两者的相互作用共同决定的。Agari 等[5]提出的导热模型认为:对添加型高分子材料而言,令热导率***的方式是填充粒子聚集成的传导块与本体高分子传导块在热流方向上平行;令热导率***的方式是这两者在热流方向上垂直。该理论模型曲线与试验数据的偏差要比Maxwell-Euck-en,Bruggeman,Cheng-Vochen 以及Nielkin 的理论模型曲线小得多[5]。

Hermansen等[6]研究了可用于人造卫星的高导热绝缘胶粘剂,并发现以环氧树脂(EP)为基体(牌号为208F)的导热胶能同时满足原胶和膜状胶的要求且性能优异。Yim等[7-8]以5 μm Ni粒子和0.2 μm SiC粒子复合填充EP,产物的热导率为0.63 W(/ m·K),可用作散热平板或半导体的封装材料。

经过一系列改进,导热胶已具有较高的热导率、较长的工作寿命,能更好应用于电子产品、集成电路等连接[4]和封装材料的使用。欧美等发达国家正大力研制和开发无污染型的水系、热熔型等无溶剂型胶粘剂以及高性能、高品质的新型导热胶,并取得了很大进展。我国在这方面的研究较为落后,主要体现在导热胶的热导率较低、合成工艺不够成熟等方面。为此,我国应加大对胶粘剂基体、填料以及合成工艺的研发力度。

2.2 导电高分子材料

导电高分子材料以其易于成型加工、耐腐蚀和质量轻等优点,越来越受到重视。导电高分子材料经过掺杂处理或与其他填料混配后,可以制成结构型和填充型导电胶[9]。其导电机制十分复杂,原因是之前提出的每个理论都有各自的假设前提,而这些假设都与实际情况有一定差距。目前,具有代表性的理论有渗流理论、有效介质理论、场致发射理论以及量子力学隧道理论等[10];此外,还有Sheng 等[11]的General Mixing Rule(统一公式)和Uvarov[12] 的Critical Path Method(关键路线法)等理论均可参考。

Li 等[13]以EP 为基体,用硅烷偶联剂(KH-560)对20 nm 的银纳米颗粒进行表面改性,研制出了体积电阻率为2.5×10-3 Ω·cm的纳米银导电胶(其中银的质量分数为55%)。Lin等[14]通过对纳米石墨粉进行化学镀银,研制出剪切强度为13.2 MPa、体积电阻率为1.5×10-3 Ω·cm的镀银石墨导电胶(其填料的质量分数为20%),该胶粘剂具有良好的热稳定性。

随着电子器件的微型化和印制电路板的高密化,导电胶的使用范围越来越广。在微型元件的安装和复杂线路的粘接方面,传统Pb/Sn焊料已逐渐被导电胶所取代,对某些在高温条件下不能进行Pb/Sn焊接的元件而言,导电胶的存在显得尤为重要[15]。

2.3 磁性高分子材料

目前磁性高分子理论和应用的研究都还处于初级阶段,国内外关于利用结构型磁性高分子材料的研究报道相对较少。然而,在复合型磁性高分子材料方面的研究已取得不少成果,其中导磁胶是一种复合型磁性高分子材料。导磁胶通常是以EP、有机硅树脂或可醇溶性酚醛树脂(PF)等为基体,加入铁氧体或羰基铁粉等配制而成的,可分为EP 导磁胶、有机硅导磁胶和高分子材料导磁胶等。

朱正吼[16]用铁基非晶/纳米晶合金粉体、EP或硅橡胶、增韧剂、溶剂和填料等研制出一种非晶纳米晶磁粉体导磁胶,其导磁性能良好,可用于磁性材料或器件之间的粘接。郝玉龙等[17]以EP、铝粉和商品银粉为主要原料,加入适量固化剂后制得了一种转盘式温度传感器铝挡板用导磁胶。

导磁胶具有耐磨、电阻率小和对温度变化不敏感等优点,可应用于变压器铁芯、线圈铁芯、小型磁性天线及数字磁带机磁头等磁性材料或器件之间的粘接。

2.4 光敏高分子材料

光敏高分子材料又称感光性高分子材料,是指在吸收了光能后,能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子材料。自从1954 年由美国柯达公司的Minsk等开发的聚乙烯醇肉桂酸酯成功应用于印刷制版以后,其在理论和应用方面都有了很大进展。光敏高分子材料独特的、不可替代的优点,使其在胶粘剂方面有重要用途,主要产品有光敏胶、光刻胶等。

光敏胶由光敏树脂、光敏剂和交联剂等组成,是一类可UV(紫外光)固化的胶粘剂。其在光照后短时间内可固化且固化后强度好、透明度高,可用于粘接透明材料及印刷电路板的灌封、抗冲击玻璃制品的灌封和各种光学器件(如透镜、棱镜及灯具等)的粘接。杨丹丹等[18]对新型光敏厌氧陀螺仪密封胶进行了密封性、粘接性、高低温循环性以及耐油性等测试,***终发现这种光敏胶能满足陀螺仪的使用要求,为下一步(替代EP胶粘剂)应用在陀螺仪的所有密封部位提供了试验基础。

光刻胶又称光致抗蚀剂,由感光树脂、增感剂和溶剂等组成。光刻胶是指通过UV、深UV、电子束、离子束和X射线等光照或辐射后,使其溶解度改变的耐蚀刻薄膜材料,也是光刻工艺中的关键材料[19]。其主要用于集成电路和半导体分立器件中的细微图形加工,可涂布在印刷线路板(PBC)、半导体基片或其他基材的表面,并经光-化学处理后构成线路图或其他图形。Lawrie等[20]合成了一种感光灵敏度为4~6 mJ/cm2、分辨率为22.5 nm的聚甲基丙烯酸甲酯-聚砜类高分子材料,可用于非化学放大类EUV(远紫外线)光刻胶。

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功能高分子材料在胶粘剂中的应用进展

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功能高分子材料在胶粘剂中的应用进展

崔瑾,胡孝勇,柯勇,姜青松

(广西科技大学生物与化学工程学院,广西柳州545006)

摘要:简单介绍了功能高分子材料的种类和特点,特别就其各类功能高分子材料(如导热、导电、磁性、光敏、离子交换树脂、高吸水性、絮凝、光引发、耐高温和形状记忆等材料)在胶粘剂领域中的应用进行了综述。对功能高分子材料在胶粘剂中的独特作用和应用前景进行了展望。

关键词:功能高分子材料;胶粘剂;树脂;粘接

中图分类号:TQ324.8:TQ430.77 文献标志码:A 文章编号:1004-2849(2014)07-0052-05

0· 前言

高分子材料在胶粘剂中的应用历史悠久,含天然高分子材料的传统生物质胶粘剂(例如蛋白类生物质胶粘剂、动物胶、豆胶、血胶、单宁树脂胶和淀粉胶粘剂等)在20 世纪初就得到了较为广泛的应用。随着合成高分子材料的不断涌现,20世纪30年代合成胶粘剂以其更强的黏性和更好的耐久性占领胶粘剂市场,由此进入了合成树脂胶粘剂时代[1]。在胶粘剂领域中,一些功能高分子材料可以提供胶粘剂所需的特殊性能(如导热、导电、磁性和光敏等),这些性能使得胶粘剂在电子电器、光学仪器、建筑和医学等领域得到广泛应用。

1· 功能高分子材料的种类及特点

近年来开发出许多独特功能的高分子材料,其性能和特征都超越了常规高分子材料的特性范围[2]。这种既具有机械特性,又具有某种突出理化性能(如催化性、光敏性、导电性及生物活性等)的高分子材料被称为功能高分子材料[3]。功能高分子材料主要包括导热高分子材料、导电高分子材料、磁性高分子材料、光敏高分子材料、离子交换树脂、高吸水性树脂和高分子絮凝剂等。

2 ·功能高分子材料在胶粘剂方面的应用

2.1 导热高分子材料

胶粘剂具有应力分布连续、质量轻、绝缘性能好和工艺温度低等特点,已广泛应用于电子、电器等行业中,但其自身的热导率较低、导热性欠佳。因此,导热胶的研究已成为拓宽胶粘剂应用范围的关键因素。

导热高分子材料可分为结构型导热高分子材料和添加型导热高分子材料两大类。制备高导热本体聚合物材料的研究,将成为导热高分子材料新的研究方向[4]。相对于结构高分子材料而言,添加型高分子材料的研究较为容易,故目前导热高分子材料的研究主要集中在添加型导热高分子材料方面。导热高分子材料的导热性能由高分子基体、导热填料及两者的相互作用共同决定的。Agari 等[5]提出的导热模型认为:对添加型高分子材料而言,令热导率***的方式是填充粒子聚集成的传导块与本体高分子传导块在热流方向上平行;令热导率***的方式是这两者在热流方向上垂直。该理论模型曲线与试验数据的偏差要比Maxwell-Euck-en,Bruggeman,Cheng-Vochen 以及Nielkin 的理论模型曲线小得多[5]。

Hermansen等[6]研究了可用于人造卫星的高导热绝缘胶粘剂,并发现以环氧树脂(EP)为基体(牌号为208F)的导热胶能同时满足原胶和膜状胶的要求且性能优异。Yim等[7-8]以5 μm Ni粒子和0.2 μm SiC粒子复合填充EP,产物的热导率为0.63 W(/ m·K),可用作散热平板或半导体的封装材料。

经过一系列改进,导热胶已具有较高的热导率、较长的工作寿命,能更好应用于电子产品、集成电路等连接[4]和封装材料的使用。欧美等发达国家正大力研制和开发无污染型的水系、热熔型等无溶剂型胶粘剂以及高性能、高品质的新型导热胶,并取得了很大进展。我国在这方面的研究较为落后,主要体现在导热胶的热导率较低、合成工艺不够成熟等方面。为此,我国应加大对胶粘剂基体、填料以及合成工艺的研发力度。

2.2 导电高分子材料

导电高分子材料以其易于成型加工、耐腐蚀和质量轻等优点,越来越受到重视。导电高分子材料经过掺杂处理或与其他填料混配后,可以制成结构型和填充型导电胶[9]。其导电机制十分复杂,原因是之前提出的每个理论都有各自的假设前提,而这些假设都与实际情况有一定差距。目前,具有代表性的理论有渗流理论、有效介质理论、场致发射理论以及量子力学隧道理论等[10];此外,还有Sheng 等[11]的General Mixing Rule(统一公式)和Uvarov[12] 的Critical Path Method(关键路线法)等理论均可参考。

Li 等[13]以EP 为基体,用硅烷偶联剂(KH-560)对20 nm 的银纳米颗粒进行表面改性,研制出了体积电阻率为2.5×10-3 Ω·cm的纳米银导电胶(其中银的质量分数为55%)。Lin等[14]通过对纳米石墨粉进行化学镀银,研制出剪切强度为13.2 MPa、体积电阻率为1.5×10-3 Ω·cm的镀银石墨导电胶(其填料的质量分数为20%),该胶粘剂具有良好的热稳定性。

随着电子器件的微型化和印制电路板的高密化,导电胶的使用范围越来越广。在微型元件的安装和复杂线路的粘接方面,传统Pb/Sn焊料已逐渐被导电胶所取代,对某些在高温条件下不能进行Pb/Sn焊接的元件而言,导电胶的存在显得尤为重要[15]。

2.3 磁性高分子材料

目前磁性高分子理论和应用的研究都还处于初级阶段,国内外关于利用结构型磁性高分子材料的研究报道相对较少。然而,在复合型磁性高分子材料方面的研究已取得不少成果,其中导磁胶是一种复合型磁性高分子材料。导磁胶通常是以EP、有机硅树脂或可醇溶性酚醛树脂(PF)等为基体,加入铁氧体或羰基铁粉等配制而成的,可分为EP 导磁胶、有机硅导磁胶和高分子材料导磁胶等。

朱正吼[16]用铁基非晶/纳米晶合金粉体、EP或硅橡胶、增韧剂、溶剂和填料等研制出一种非晶纳米晶磁粉体导磁胶,其导磁性能良好,可用于磁性材料或器件之间的粘接。郝玉龙等[17]以EP、铝粉和商品银粉为主要原料,加入适量固化剂后制得了一种转盘式温度传感器铝挡板用导磁胶。

导磁胶具有耐磨、电阻率小和对温度变化不敏感等优点,可应用于变压器铁芯、线圈铁芯、小型磁性天线及数字磁带机磁头等磁性材料或器件之间的粘接。

2.4 光敏高分子材料

光敏高分子材料又称感光性高分子材料,是指在吸收了光能后,能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子材料。自从1954 年由美国柯达公司的Minsk等开发的聚乙烯醇肉桂酸酯成功应用于印刷制版以后,其在理论和应用方面都有了很大进展。光敏高分子材料独特的、不可替代的优点,使其在胶粘剂方面有重要用途,主要产品有光敏胶、光刻胶等。

光敏胶由光敏树脂、光敏剂和交联剂等组成,是一类可UV(紫外光)固化的胶粘剂。其在光照后短时间内可固化且固化后强度好、透明度高,可用于粘接透明材料及印刷电路板的灌封、抗冲击玻璃制品的灌封和各种光学器件(如透镜、棱镜及灯具等)的粘接。杨丹丹等[18]对新型光敏厌氧陀螺仪密封胶进行了密封性、粘接性、高低温循环性以及耐油性等测试,***终发现这种光敏胶能满足陀螺仪的使用要求,为下一步(替代EP胶粘剂)应用在陀螺仪的所有密封部位提供了试验基础。

光刻胶又称光致抗蚀剂,由感光树脂、增感剂和溶剂等组成。光刻胶是指通过UV、深UV、电子束、离子束和X射线等光照或辐射后,使其溶解度改变的耐蚀刻薄膜材料,也是光刻工艺中的关键材料[19]。其主要用于集成电路和半导体分立器件中的细微图形加工,可涂布在印刷线路板(PBC)、半导体基片或其他基材的表面,并经光-化学处理后构成线路图或其他图形。Lawrie等[20]合成了一种感光灵敏度为4~6 mJ/cm2、分辨率为22.5 nm的聚甲基丙烯酸甲酯-聚砜类高分子材料,可用于非化学放大类EUV(远紫外线)光刻胶。

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