崔佳　曲敏杰　李晶　刘海波　胡那　张艳玲

(大连工业大学化工与材料学院,辽宁大连　116034)

摘要:以环氧树脂为基体树脂,向其加入固化剂、抗氧化剂、固化促进剂,并在适当的温度下固化。以 灌封料的弯曲强度为指标,通过正交试验确定了环氧树脂固化工艺的最佳条件是:环氧树脂为100g,固 化促进剂用量为0.7g,抗氧化剂为0.3g,固化温度为140℃,固化剂为96.3g。在此条件下,环氧树脂 灌封料的弯曲强度可以达到28.3MPa。

关键词:环氧树脂;灌封料;配方;固化

中图分类号:TQ323.5文献标志码:A

0　引　言

发光二极管(LED)是一种功率小,使用寿命 长,能量损耗小的发光器件,正逐步取代原有的发 光器件,使用在工业和民用的各个角落[1]。但是 LED也存在着很多缺陷,比如易老化,变色,性 脆[2-3]等问题。尽管有研究者试图对环氧树脂进 行改性,但是因其固化反应决定的因素很多,在改 性的过程中,对基础配方很难掌握。本文介绍正 交试验法优选配方,找出最主要影响因素和规律 并加以分析。

1　实　验

1.1　原　料

DYD-128环氧树脂、甲基六氢邻苯二甲酸 酐、β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳 醇酯为化学纯,四丁基溴化铵为分析纯。

1.2　实验过程

按比例在环氧树脂DYD-128中加入固化剂 甲基六氢苯酐(MeHHPA)、固化促进剂四丁基溴 化铵,以及抗氧化剂1076升温至一定温度并搅拌 一定时间后,进行真空灌注入模具当中。经升温 固化(95℃/0.5h+130℃/1.5h)、炉冷,打开 模具取出样品,即可获得所需的改性材料。

1.3　性能测试

按照ASTM,GB/D5045-99标准,采用 SANA公司生产的CMT5105型微机控制电子万 能试验机测定材料的弯曲强度(有缺口试样)。同 样采用该型号的试验机按照GB/T1040-92来测 定材料的拉伸强度。

2　结果与讨论

2.1　固化温度对EP(环氧树脂)力学性能的影响

由图1、2可见,在固化温度为130℃时的弯曲强度最好,曲线上升阶段说明固化反应的交联 密度不断上升,使得弯曲强度变大。而温度继续 升高时,会使得材料的内外结构不均匀[4],导致弯 曲强度有明显的下降,在固化温度为130℃时的 拉伸强度最好,固化温度低于130℃时,随温度的 增加拉伸强度急剧增大,这是因为拉伸强度随温 度增加的主要因素是交联度的升高。

2.2　促进剂用量对EP力学性能的影响 图3、4所示,当促进剂的用量为1.17g时弯 曲强度达到最大。促进剂用量的继续增加导致固 化物交联密度的增加,从而降低了样条的弯曲强 度;当促进剂的用量为1.17g时拉伸强度最大,样 条在受到拉伸的外力作用时,环氧的三维网状结构 保持其较好的刚性,承受较大的拉伸作用力[5]。

2.3　固化剂用量对EP力学性能的影响

由图5、6可见,当固化剂的用量为91.6g时 的弯曲强度最好,低于91.6g时的曲线呈明显下 降趋势;拉伸强度随固化剂用量的增加而逐渐增 大,在固化剂的用量为91.6g时的拉伸强度较 好,在固化反应中,固化剂用量取决于环氧当量与 酸酐当量的比值。由此选出综合性能较优时的固 化剂用量。

从图1~6可见,单因素试验可以得到最好的 配方。但是单因素的分析不能给出误差大小的估 计,需进一步进行正交试验分析[6]。

2.4　正交试验

当环氧树脂为100g时,考查了因素A(固化 剂用量)、B(固化促进剂用量)、C(固化温度)、D (抗氧剂用量)对弯曲强度的影响,确定最优的生 产条件,见表1、2。

2.4.1　正交试验结果的极差分析

从表2可见,4个因素对环氧树脂的弯曲强 度有显著的影响,其影响大小的顺序为:促进剂用 量>抗氧剂用量>固化温度>固化剂用量。

综合极差分析的结果,4个因素对弯曲强度 均有影响,因此在测定时都要加以控制。选择各 因素的最优水平,可以得到环氧树脂的最佳条件 组合A3B1C3D3。

2.4.2　机理分析

促进剂用量对环氧树脂的弯曲强度的影响最 大。因为促进剂用量的增加导致固化物交联密度 的增加[8]。由于高分子的扩散运动受到交联网络 的限制,相分离在早期就被固定,所以使得相结构 中环氧树脂的粒径较小。而微观结构粒径的大小 决定着其力学性能的变化。

抗氧剂用量虽然加入量很少,但可以增进层 间附着力,而且与环氧树脂相容性好,可以适当改 变力学性能;固化温度对固化反应速度和相分离 速度都有提高作用,而共混物的相结构取决于两 种速度的竞争,随温度的提高,相分离速度增大的更快,表现出的共混物的相结构粒径也增大。所 以,温度对环氧树脂的力学性能的影响不是很大; 固化剂的用量是根据环氧树脂的环氧当量与固化 剂中的酸酐当量之比来确定的,所以当固化剂达 到理想值时,整个的环氧树脂固化反应体系基本 饱和。

2.5　较优条件下的实验

由表3可见,固化后的指标均达到了比较理 想的水平,说明了实验确定的较优条件是合格的。

3　结　论

由极差分析可得,影响环氧树脂弯曲强度的 主次因素为:促进剂用量>抗氧剂用量>固化温 度>固化剂用量。当环氧树脂为100g,固化促进 剂用量0.7g,抗氧剂0.3g,固化温度140℃,固 化剂为96.3g时,弯曲强度可达28.5MPa。 促进剂还有它的不足之处:分子结构和室温 贮存的问题。所以,今后可以朝着多功能、高效率 的方向不断发现新材料。

参考文献:

[1]崔佳,曲敏杰,刘伟,等.LED环氧树脂封装材料研究 进展[J].塑料科技,2008,36(11):90-91.

[2]YANGGeng,FUSiyuan,YANGJianping.Prepara- tionandmechanicalpropertiesofmodifiedepoxyres-

inswitflexiblediamines[J].Polymer,2006,47:41- 42.

[3]GAWK,JIKEIM,KAKIMOTOM-a,etal.Adhe- sionbehaviorofpolymericacidcuredepoxy[J].Poly- mer,1997,38:4413-4415.

[4]陈喆,刘黎明,方鹏飞,等.固化温度对环氧树脂/累 托土纳米复合材料的性能及微结构的影响[J].纳米 加工工业,2006,32(6):44-45.

[5]苏租君,曾金芳,王华强,等.酸酐固化环氧树脂用促 进剂评述[J].热固性树脂,2004,19(5):35-36.

[6]刘文豹,赵德智,韩雪松,等.正交法探讨制备生物柴 油的优化条件[J].化工时刊,2006,20(5):40-42.

[7]谢续明,孙佳宁.固化促进剂对环氧树脂共混体系相 结构的影响[J].材料研究学报,1998,12(6):25-27