Na globalnym głównym nurcie technologii bezhalogenowych środków zmniejszających palność, o niskiej zawartości dymu i nietoksycznych oraz wypełnień izolacyjnych z żywicy epoksydowej, wodorotlenek glinu (ATH) stał się preferowanym nieorganicznym wypełniaczem zmniejszającym palność w uszczelnieniach elektronicznych, odlewach, laminatach pokrytych miedzią, materiałach kompozytowych, elementach izolacyjnych i innych dziedzinach ze względu na wszechstronne zalety kontrolowanych kosztów, zmniejszania palności i tłumienia dymu, izolacji elektrycznej i łatwości przetwarzania. Najczęstszym pytaniem zadawanym przez światowe firmy produkujące materiały przy opracowywaniu receptur jest: Jaka jest maksymalna ilośćwodorotlenek glinuktóre można dodać do systemów żywic epoksydowych?
W warunkach produkcji przemysłowej, które spełniają normalne warunki mieszania, odpieniania, zalewania/odlewania/formowania i nie pękają ani nie odklejają się po utwardzeniu oraz spełniają standardy właściwości mechanicznych i izolacyjnych:
1. Konwencjonalny niemodyfikowany wodorotlenek glinu: Maksymalna praktyczna ilość dodatku wynosi 50% -65% wag. (ułamek masowy);
2. Modyfikacja silanem/tytanianem + wodorotlenek glinu o stopniowanym rozmiarze cząstek: praktyczna maksymalna ilość dodatku może osiągnąć 70% -82% wag.;
3. Laboratoryjny system ekstremalnej optymalizacji: teoretyczna górna granica może sięgać 85% wag., ale ma zastosowanie tylko do procesów specjalnych i nie jest stabilna w przypadku produkcji na dużą skalę.
Mówiąc najprościej: zwykła formuła ≤ 65%; Zmodyfikowana i zoptymalizowana formuła 70% -82%; Ekstremalna formuła nie przekracza 85%. Jest to uznana na całym świecie bezpieczna, stabilna i masowo produkowana granica dodawania w układach epoksydowo-glinowy.
Im większa ilość dodanego wodorotlenku glinu, tym lepiej. Przekroczenie górnego limitu bezpośrednio doprowadzi do awarii systemu, awarii przetwarzania i spadku wydajności. Cztery główne ograniczenia wspólnie definiują „maksymalną addytywną czerwoną linię”.
1. Ograniczenie lepkości: Bezwzględna górna granica płynności przetwarzania
Sama żywica epoksydowa ma pewną lepkość zasadową, a jako proszek nieorganiczny, im większa ilość dodanego wodorotlenku glinu, tym wykładniczy wzrost lepkości układu.
-Ponad 65%: System staje się lepki, trudny do mieszania i nie można usunąć pęcherzyków;
-Ponad 75%: utrata możliwości samopoziomowania, zalewania i odlewania, brak możliwości przystosowania się do automatycznego dozowania, uszczelniania próżniowego i formowania form;
-Więcej niż 82%: Żywica nie może całkowicie zwilżyć powierzchni wypełniacza, co powoduje „aglomerację suchego proszku i aglomerację suchą”, całkowicie tracąc zdolność przetwarzania.
Lepkość to pierwszy próg określający maksymalną ilość dodatku, a także podstawowy wskaźnik kontrolny w przypadku produkcji masowej w światowym przemyśle elektronicznym, elektrycznym i materiałów kompozytowych.
2. Ograniczenia wydajności mechanicznej: zrównoważyć granicę między wytrzymałością a wytrzymałością
Wodorotlenek glinujest sztywną cząstką nieorganiczną, a nadmierny dodatek może uszkodzić usieciowaną sieć żywicy epoksydowej, powodując:
-Udarność i wydłużenie przy zerwaniu znacznie spadły, przez co materiał staje się kruchy i podatny na pękanie;
-Siła przyczepności maleje, a siła wiązania z podłożem i komponentami jest niewystarczająca;
- Niedopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej pod wpływem szoku termicznego, powodujące wypaczenie i oderwanie.
Optymalny punkt równowagi w przemyśle: Przy założeniu spełnienia ognioodporności UL94 V-0, ilość dodatku powinna być kontrolowana na poziomie 55% -70%, co może zrównoważyć ognioodporność, wytrzymałość, wytrzymałość i stabilność wymiarową.
3. Ograniczenie kompatybilności interfejsu: podstawowa logika dyspersji i zwilżania
Niemodyfikowany wodorotlenek glinu ma wiele grup hydroksylowych na swojej powierzchni, silną polarność i słabą kompatybilność z żywicą epoksydową. Przy dużym dodatku jest podatny na:
-Formowanie wtórnego zjazdu, w wyniku którego powstają wady wewnętrzne;
-Siła wiązania pomiędzy wypełniaczem i żywicą jest słaba, a naprężenia są skoncentrowane;
- Zmniejszają się właściwości izolacyjne i rezystancja napięciowa utwardzonego materiału.
Modyfikując silanowymi środkami sprzęgającymi i powlekając superdyspergatorami, można znacznie poprawić kompatybilność międzyfazową, zwiększając maksymalną ilość dodatku z 65% do 70% -82%.
4. Ograniczenia procesu: Różnice w górnej granicy dodatku dla różnych procesów formowania
Maksymalna ilość dodatku dla różnych procesów o tej samej formule jest zupełnie inna, co jest zasadą dostosowania procesu, której należy przestrzegać w przypadku globalnej produkcji masowej:
-Uszczelnianie próżniowe/infuzja elektroniczna: wysokie wymagania dotyczące płynności, górna granica 60% -70%;
-Odlewanie form/elementy elektryczne: można podgrzewać w celu zmniejszenia lepkości, przy górnej granicy 70% -78%;
- Tworzywa sztuczne formowane/formowane masowo (BMC/DMC): formowanie przy wysokim ścinaniu, górna granica 75% -82%;
- Cienkowarstwowy klej/środek wiążący: wymaga niskiej lepkości i dużej infiltracji, z górną granicą 40% -55%.
W obliczu zapotrzebowania na wysoką ognioodporność, wysoką wartość CTI, wysoką izolację i niski koszt na światowym rynku high-end, można zastosować cztery główne środki technologiczne, aby bezpiecznie zwiększyć ilość dodanego wodorotlenku glinu przy jednoczesnym zachowaniu stabilności systemu.
1. Modyfikacja powierzchni wypełniaczy: Podstawą jest inżynieria interfejsu
Powlekanie in situ wodorotlenkiem glinu za pomocą silanowego środka sprzęgającego (KH550/KH560/KH570), tytanianu, glinianu i hiperrozgałęzionego polimeru:
-Zmniejsz polarność powierzchni i zmniejsz siły wiązań wodorowych między cząsteczkami;
-Poprawić kompatybilność i zwilżalność z matrycą epoksydową;
-Zmniejszenie aglomeracji i zmniejszenie wzrostu lepkości w warunkach dużego napełnienia.
Po modyfikacji lepkość można zmniejszyć o 30% -60% przy tej samej ilości dodatku i można bezpośrednio otworzyć okno wysokiego napełniania.
2. Klasyfikacja pod względem wielkości cząstek: szczelne opakowanie zmniejsza zapotrzebowanie na żywicę
Zgodnie z teorią ciasnego upakowania stosuje się kombinację dużego rozmiaru cząstek, średniego rozmiaru cząstek i małego rozmiaru cząstek (takiego jak 40 μm + 8 μm + 1,5 μm):
-Wypełnij duże szczeliny cząsteczkowe małymi cząsteczkami, aby zmniejszyć porowatość;
-Zmniejsz ilość owinięcia żywicą i popraw płynność przy tej samej zawartości substancji stałych;
-Osiągnij większą ilość dodatku, niższą lepkość i wyższą gęstość.
Optymalizacja sortowania jest najbardziej opłacalnym i skutecznym rozwiązaniem pozwalającym zwiększyć ilość dodatków.
3. Mieszanie systemu epoksydowego o niskiej lepkości: zmniejszenie lepkości matrycy
-Wybierz epoksyd o niskiej masie cząsteczkowej, epoksyd cykloalifatyczny i epoksyd alifatyczny;
-Złożony aktywny rozcieńczalnik (nie zawiera LZO, uczestniczy w utwardzaniu, nie migruje);
-W połączeniu z utwardzaczami o niskiej lepkości (polieteroamina, modyfikowany bezwodnik).
Im niższa lepkość matrycy, tym większa zdolność do przyjmowania wodorotlenku glinu, a maksymalną ilość dodatku można zwiększyć o 8% -15%.
4. Wydajne dodatki i wzmocnienie procesu: podwójna gwarancja reologii i dyspersji
-Dodanie skutecznych środków zwilżających i dyspergujących: rozbicie aglomeracji i zmniejszenie oporu międzyfazowego;
-Dokładne dodatki reologiczne: zapewniają rozrzedzenie przy ścinaniu, zapobieganie osiadaniu statycznemu i wysoki przepływ podczas budowy;
- Szybka dyspersja próżniowa/mielenie trzema rolkami: Zapewnia całkowitą depolimeryzację i równomierną dyspersję wypełniacza oraz zapobiega aglomeracji suchego proszku.
W oparciu o aktualne doświadczenie w zakresie certyfikacji i masowej produkcji światowej elektroniki i urządzeń elektrycznych, nowej energii, transportu kolejowego i materiałów kompozytowych dla budownictwa, podaj najbardziej praktyczne wytyczne dotyczące dodawania ilości:
1. Klej do zalewania elektroniki (zasilacz/sterownik/czujnik): 50% -65%, trudnopalny V-0, niska lepkość, wysoka izolacyjność;
2. Odlewy elektryczne/izolatory/elementy przełączników: 65% -78%, wysoki współczynnik CTI, wysoka ognioodporność, wysoka wytrzymałość mechaniczna;
3. Laminat/płyta izolacyjna pokryta miedzią: 55% -70%, niski poziom dymu, wysoka odporność na ciepło, stabilność wymiarów;
4. Części formowane BMC/DMC: 70% -82%, wysokie wypełnienie, niski koszt, wysoka odkształcalność;
5. Klej/uszczelniacz opóźniający palenie: 40% -55%, równoważący siłę wiązania i ognioodporność.
Kiedy przedsiębiorstwa ślepo dążą do wysokich poziomów dodatków w celu obniżenia kosztów lub poprawy ognioodporności, po przekroczeniu górnego limitu mogą pojawić się nieodwracalne problemy:
-Wybuch lepkości, brak możliwości wylania, odpieniania lub uformowania;
-Pękanie, wypaczanie, duża kruchość i awarie spowodowane cyklami zimnego i gorącego utwardzonego materiału;
-Istnieje wiele defektów interfejsu, co powoduje znaczny spadek wydajności izolacji i rezystancji napięciowej;
-Osadzanie i rozwarstwianie wypełniaczy, słaba stabilność podczas przechowywania;
-Niski współczynnik wydajności, niezdolny do przejścia globalnych certyfikatów, takich jak UL, IEC, RoHS itp.
Przypomnienie dotyczące bezpieczeństwa: Ilośćwodorotlenek glinudodany powinien dążyć do równowagi wydajności, a nie wartości ekstremalnych.
Aby sprostać wymaganiom klientów na całym świecie w zakresie bezhalogenowej ochrony środowiska, wysokiej ognioodporności, wysokiej niezawodności i niskich kosztów, optymalna formuła opiera się na następujących zasadach:
1. Ustaw dolną granicę w oparciu o poziom środka zmniejszającego palność: UL94 V-0 zwykle wymaga ≥ 50%;
2. Ustal górną granicę w oparciu o technologię przetwarzania: uszczelnienie ≤ 70%, formowanie ≤ 82%;
3. Zwiększanie górnej granicy przy zmodyfikowanej gradacji: Modyfikacja + gradacja może zwiększyć ilość dodatku o 10% -15%;
4. Określ wynik końcowy poprzez testy wydajności: lepkość, udarność, przyczepność, izolacja i cykle termiczne – wszystko pomyślnie.
Maksymalna ilość wodorotlenku glinu dodana do żywicy epoksydowej jest wynikiem połączonego działania materiałów, receptur, procesów i właściwości. Praktyczna górna granica układu konwencjonalnego wynosi 65%, natomiast zmodyfikowany układ optymalizacyjny może stabilnie osiągnąć 70% -82%, przy skrajnej wartości teoretycznej nieprzekraczającej 85%.
Dzięki modyfikacji powierzchni, klasyfikacji wielkości cząstek, matrycy o niskiej lepkości, optymalizacji dodatków i wzmocnieniu procesu, można osiągnąć wysokie wypełnienie, wysoką ognioodporność i wysoką izolację bez utraty przetwarzalności i właściwości mechanicznych, doskonale dostosowując się do rygorystycznych norm i wymagań środowiskowych globalnej elektroniki, nowej energii, elektryki, transportu kolejowego i innych dziedzin. Jest to podstawowa ścieżka technologiczna dla przedsiębiorstw materialnych w celu zwiększenia konkurencyjności produktów i rozszerzenia rynków międzynarodowych.
