Система эпоксидной смолы с высоким наполнением, обладающая превосходной механической прочностью, теплоизоляцией, огнестойкостью и стабильностью размеров, стала основным материалом в глобальных высокотехнологичных областях производства, таких как герметизация электронных устройств, упаковка силовых устройств, формование композитных материалов, высококачественные клеи и электротехническое литье. В соответствии с требованиями высокого содержания твердых веществ, высокой теплопроводности и огнезащитных составов добавление неорганических наполнителей (таких как оксид алюминия,гидроксид алюминия, оксид магния, микропорошок кремния, нитрид бора и т. д.) часто превышает 60 мас.%. Это приводит к таким проблемам, как высокая вязкость системы, плохая текучесть, недостаточная смачиваемость, трудности с удалением пузырьков, увеличение дефектов формования и плохая адаптируемость автоматизированных процессов нанесения, которые становятся ключевыми узкими местами, ограничивающими качество продукции и эффективность производства.
Аномальное увеличение вязкости высоконаполняемой эпоксидной системы вызвано не одним фактором, а суперпозицией нескольких механизмов:
1. Плохая совместимость на границе раздела наполнителей и смол: неорганические наполнители имеют сильную поверхностную полярность и плотные гидроксильные группы, образуя сильные взаимодействия с неполярными эпоксидными матрицами, вызывая агломерацию частиц и значительно увеличивая сопротивление трению внутри системы;
2. Необоснованная удельная поверхность и гранулометрический состав наполнителей: нанонаполнители и ультрамелкие наполнители имеют большую удельную площадь поверхности, которая адсорбирует большое количество молекул смолы и образует «слой покрытия», что приводит к снижению эффективной подвижной фазы; Наполнители с одним размером частиц имеют большие зазоры и требуют большего количества смолы для дальнейшего увеличения вязкости;
3. Характеристическая вязкость матрицы смолы относительно высока: эпоксидные смолы с высоким эквивалентом, такие как бисфенол А и фенольные смолы, имеют длинные молекулярные цепи и сильные межмолекулярные силы. В незаправленном состоянии вязкость достигает тысяч мПа·с, а после высокого наполнения вязкость возрастает в геометрической прогрессии;
4. Недостаточный процесс диспергирования: низкая эффективность смешивания, измельчения и диспергирования, неполное разложение и агрегация наполнителей, образование вторичных агрегатов, аномальное повышение псевдопластичности и неравномерность течения системы;
5. Отсутствие или неправильный выбор добавок: без эффективных смачивающих и диспергирующих агентов или связующих агентов межфазное натяжение невозможно уменьшить, тиксотропная структура системы слишком сконструирована, а статическая вязкость и конструкционная вязкость высоки.
После выявления причины, посредством проектирования на молекулярном уровне, модификации интерфейса и точного управления процессом, можно добиться контролируемого снижения вязкости на 30–80 %, не уменьшая количества добавляемого наполнителя и не жертвуя производительностью после отверждения.
Матрица смолы является основой вязкости системы, а оптимизация формулы матрицы является исходным решением для снижения вязкости, адаптации к требованиям защиты окружающей среды, низкой летучести и высокой надежности, предъявляемым к высококачественным материалам во всем мире.
Приоритет следует отдавать низкомолекулярной эпоксидной смоле типа бисфенола А (класс низкой вязкости E51/E44), алифатической эпоксидной смоле, циклоалифатической эпоксидной смоле и разбавленной модифицированной эпоксидной смоле. Вязкость следует контролировать на уровне 500-3000мПа·с при 25 ℃, что повышает базовую эффективность снижения вязкости более чем на 40% по сравнению с обычной эпоксидной смолой высокой вязкости. Алициклическая эпоксидная смола сочетает в себе низкую вязкость, устойчивость к пожелтению и атмосферным воздействиям, что делает ее подходящей для высокотехнологичных зарубежных применений, таких как уличная электроника, фотогальваника и автомобильная электроника.
Отказаться от летучих нереакционноспособных разбавителей и использовать одиночные функциональные/бифункциональные/многофункциональные реактивные разбавители (бутилглицидиловый эфир BGE, аллилглицидиловый эфир AGE, диглицидиловый эфир этиленгликоля EGDE, диглицидиловый эфир неопентилгликоля) с добавкой 5%-15% для участия в отверждении сшивки без остатка или миграции, избегая снижения термостойкости и адгезионной прочности. Двойной функциональный разбавитель обладает наилучшей эффективностью снижения вязкости и может поддерживать плотность сшивки отвержденного материала, что соответствует требованиям к прочности систем с высоким наполнением.
Выбирайте модифицированные жирные амины, полиэфирамины, ангидриды с низкой вязкостью и латентные отвердители с низкой вязкостью, чтобы снизить вязкость компонентов отвердителя, одновременно улучшая совместимость с эпоксидной матрицей и избегая внезапного увеличения вязкости после смешивания. Полиэфираминные отвердители поставляются с гибкими сегментами цепи, которые могут уменьшить трение внутри системы, сбалансировать снижение вязкости и улучшение ударной вязкости, а также удовлетворить строгие требования глобальной новой энергетики и железнодорожного транспорта.
Наполнители являются основой систем с высоким содержанием наполнителей, а модификация поверхности и сортировка частиц по размеру являются ключевыми технологическими путями снижения вязкости без уменьшения количества добавляемых наполнителей, а также основной конкурентоспособностью высококачественных эпоксидных составов.
Предварительно обработайте наполнитель силановым связующим агентом (KH550/KH560/KH570), титанатным связующим агентом, алюминатным связующим агентом и модификатором сверхразветвленного полимера для формирования слоя органического покрытия на поверхности наполнителя.
-Уменьшить полярность поверхности, уменьшить водородные связи и силы Ван-дер-Ваальса между частицами и предотвратить агломерацию;
-Улучшить совместимость с эпоксидной матрицей, уменьшить межфазные пустоты и снизить сопротивление течению;
-После модификации вязкость системы с высоким содержанием наполнения (≥ 70% масс.) можно снизить на 40–60%, одновременно улучшая теплопроводность, изоляцию и механическую прочность отвержденного материала.
Следуя теории плотной упаковки, принята четырехуровневая система классификации, состоящая из частиц крупного размера, частиц среднего размера, частиц малого размера и нанометрового размера (например, 50 мкм+10 мкм+2 мкм+50 нм). Наполнители с мелкими частицами заполняют зазоры между крупными частицами, значительно уменьшая пористость системы и инкапсуляцию смолы. Вязкость может быть снижена более чем на 30% при том же содержании твердых веществ. При разработке классификации следует избегать чрезмерного добавления нанонаполнителей, чтобы предотвратить восстановление вязкости из-за чрезмерной удельной поверхности.
Приоритет следует отдавать использованию сферического микропорошка кремния, сферического оксида алюминия и сферического нитрида бора. Сопротивление качению сферических наполнителей значительно ниже, чем у наполнителей неправильной пластинчатой и игольчатой формы, а сыпучесть значительно улучшается. Это предпочтительная форма наполнителя для высококачественных материалов для заливки электроники и эпоксидных пластиковых уплотнений.
Добавка представляет собой регулятор вязкости для высоконаполняемых эпоксидных систем с точным подбором для достижения «низкого добавления, высокого снижения вязкости» в соответствии с глобальными экологическими нормами и требованиями к высококачественным материалам.
Использование эпоксидно-функционализированных диспергаторов, диспергаторов на основе полиакриловых эфиров, диспергаторов на основе эфиров фосфорной кислоты и сверхразветвленных диспергаторов с количеством добавок 0,5%-3% быстро смачивает поверхность наполнителя, разрушает агломераты, образует пространственно стабильный слой, уменьшает трение между частицами, снижает вязкость на 30%-50%. Для систем с высоким содержанием твердых частиц рекомендуется использовать сильные диспергаторы, снижающие вязкость, которые подходят для нанонаполнителей и систем наполнителей с высокой удельной поверхностью.
Добавьте газофазный кремнезем, полиамидный воск, гидрогенизированное касторовое масло и органический бентонит, чтобы создать контролируемую тиксотропную структуру:
-В состоянии покоя: высокая вязкость для предотвращения седиментации пломбировочного материала;
-Во время резки (перемешивания, дозирования, герметизации, розлива): вязкость быстро снижается, а текучесть превосходна;
Реализуйте «низкую конструкционную вязкость + высокую статическую стабильность» и адаптируйтесь к основным глобальным процессам, таким как автоматическое дозирование, вакуумная герметизация и формование RTM.
Системы с высокой вязкостью склонны к захвату пузырьков и их трудно опорожнять. Добавление кремнийорганических пеногасителей и некремниевых выравнивающих веществ может уменьшить количество пузырьков, улучшить однородность системы и избежать виртуально высокой вязкости и дефектов формования, вызванных пузырьками.
Предоставлять дифференцированные решения для потребностей мирового рынка в различных областях, обеспечивая баланс между производительностью, процессами и соблюдением экологических требований:
1. Электронная герметизация/корпус силового устройства: сортировка сферического наполнителя + модификация силана + эпоксидная смола низкой вязкости, обеспечивающая высокую теплопроводность, низкую вязкость и высокую изоляцию, подходящую для автомобильной электроники, связи 5G и фотоэлектрических инверторов;
2. Композиционный материал RTM/вакуумная инфузия: низкая вязкость при активном разбавлении + эффективная дисперсия + реология разжижения при сдвиге, улучшение смачиваемости смолы на волокнах, подходит для лопастей аэрокосмических и ветряных турбин;
3. Высококачественный клей/герметик: полиэфираминный отвердитель + сверхразветвленный диспергатор, обеспечивающий низкую вязкость, высокую адгезию, не содержащий растворителей, подходящий для новых энергетических батарей и железнодорожного транспорта;
4. Электрические литейные/изоляционные компоненты: огнестойкий наполнитель + модификация муфты + эпоксидная смола низкой вязкости, подходит для высоковольтного электрического и передающего оборудования, соответствует мировым стандартам IEC и UL.
Проблема вязкости высоконаполненных эпоксидных смол — это системная проблема в рецептурах, наполнителях, добавках и процессах, а не слабость одного звена. Благодаря составлению матрицы низкой вязкости, модификации поверхности и сортировке наполнителей, точному выбору специализированных добавок и эффективному процессу диспергирования можно полностью решить проблему высокой вязкости в отрасли, сохраняя при этом высокие преимущества наполнения, улучшая выход продукта, эффективность производства и конкурентоспособность на мировом рынке.
