Способ отверждения эпоксидных компаундов

Способ отверждения эпоксидных компаундов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области обработки пластических материалов, в частности к технологии переработки полимерных материалов, и предназначено для получения герметизирующих покрытий в производстве бескорпусных полупроводниковых приборов.

Известен способ изготовления термически связываемого волокна (см., например, патент РФ №2139189, кл. В29С 35/08, 95), при котором расплавленный полимер затвердевает под воздействием электромагнитного излучения.

Для осуществления этого способа требуется дополнительно источник электромагнитного излучения с определенными параметрами.

Известен способ получения изделий из пластического материала (см., например, патент РФ №2147517, кл. В29С 35/08, 97), основанный на получении изделий из полимерного материала, в котором для получения нужных свойств материала используются добавки, а отверждение проводят в диапазоне температур 125°С-145°С, выбираемых в зависимости от требуемой твердости поверхностей изделия.

Способ по патенту №2147517 выбран за прототип.

Предложенный способ решает задачу оптимизации режимов отверждения герметизирующих компаундов.

Для решения указанной задачи в способе отверждения эпоксидных компаундов, основанном на термообработке этих компаундов, термообработку эпоксидных компаундов ведут по ступенчатому режиму, который выбирают в соответствии с линейным характером зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп компаунда от логарифма времени термообработки до исчезновения эпоксидных реакционно-способных групп компаунда, при этом концентрация эпоксидных реакционно-способных групп определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) как пропорциональная теплоте отверждения или методом инфракрасной-Фурье спектроскопии (ИКФ) - как пропорциональная площади пика аппроксимации Гаусса участка спектра диффузного отражения после преобразования Кубелка-Мунка.

Сущность предложенного способа заключается в том, что термообработку герметизирующего компаунда ведут по ступенчатому режиму с подъемом температуры до исчезновения эпоксидных реакционно-способных групп.

При этом изменение теплофизических свойств определяют методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), а изменение химического состава - при помощи ИК-Фурье спектроскопии.

Концентрация эпоксидных реакционно-способных групп, определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) или методом инфракрасной-Фурье спектрометрии (ИКФ-спектрометрии).

Для достижения наибольшего эффекта термообработку ведут по ступенчатому режиму с подъемом температуры, определяемым линейным характером зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп от логарифма времени процесса термообработки.

Концентрация реакционно-способных групп методом ДСК определяется как пропорциональная теплоте отверждения, а методом ИКФ-спектрометрии как пропорциональная площади пика аппроксимации Гаусса (для эпоксидных групп 916 см^-1) участка спектра диффузного отражения после преобразования Кубелка-Мунка.

Изобретение поясняется диаграммами, где на фиг.1 дана термограмма компаунда ЭК-29М с разным временем термообработки - 4,5 часа (1) и 6,5 часов (2), на фиг.2 - ИК-спектр пробы компаунда ЭК-29М, на фиг.3 - элементы математической обработки ИК-спектра диффузного отражения для количественных расчетов: на фиг.3а - спектр ЭК-29М в единицах оптической плотности, на фиг.3б - спектр ЭК-29М после проведения автоматической коррекции базовой линии, на фиг.3в - спектр ЭК-29М после проведения преобразования Кубелка-Мунка, на фиг.3г -аппроксимация выбранного участка спектра гауссианами, а на фиг.4 приведены экспериментальные зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп logc от логарифма времени термообработки logt, полученные методами ДСК (фиг.4а) и ИКФ-спектроскопии (фиг.4б).

Для определения оптимального режима отверждения готовятся технологические пробы (не менее шести проб) герметизирующего компаунда, которые подвергаются термообработке. После того как вязкость компаунда повышается, пробы извлекаются с интервалом от 0,5 до 1,5 часов в течение всего режима термообработки.

Методом ДСК для каждой пробы определяется остаточная теплота доотверждения Q как нормализованная площадь экзотермического пика (см. фиг.1). Методом ИКФ-спектроскопии при помощи приставки диффузного отражения фиксируется ИК-спектр пробы (см. фиг.2), нанесенной на карбидную бумагу. После коррекции базовой линии и преобразования Кубелка-Мунка ИК-спектра диффузного отражения проводят количественный анализ.

Для эпоксидного компаунда выбирается диапазон от 700 см^-1 до 1000 см^-1, и находящиеся в этой области пики аппроксимируются методом Гаусса (см. фиг.3). Площадь аппроксимируемого пика с максимумом в области 916 см^-1 нормализуется на суммарную площадь полосы колебаний СН связей в районе от 2780 см^-1 до 3000 см^-1. Полученная величина S используется для дальнейших расчетов.

Концентрация эпоксидных реакционно-способных групп в момент времени t определяется по формулам

Для данных, полученных методом ДСК, изменение концентрации в каждый момент рассчитывается по формуле

где с_i - концентрация активных групп в момент t_i;

- Q_i ^* - усредненная теплота доотверждения на данном отрезке времени;

- Q_i - теплота доотверждения в момент времени t_i;

- Q_i+1 - теплота доотверждения в момент времени t_i+1;

Для ИКФ-спектрометрии изменение концентрации в каждый момент времени рассчитывается по формуле

где c_i - концентрация эпоксидных групп в момент времени t_i;

- s_i ^* - усредненная площадь пика на данном участке времени;

- s_i - площадь пика, соответствующего эпоксидным группам в момент времени t_i;

- s_i+1 - площадь пика, соответствующего эпоксидным группам в момент времени t_i+1;

На графике строят зависимость logc от logt, и при выборе ступенчатого режима термообработки оптимизирующим критерием является линейность данной зависимости (см. фиг.4), т.е. постоянство скорости реакции при постепенном подъеме температуры.

Экспериментальные данные, приведенные на диаграммах (см. фиг.1-4), получены на эпоксидном компаунде ЭК-29М, имеющем следующий состав в весовых частях:

- Смола эпоксидиановая ЭД-22	100 в.ч
- Метафенилендиамин	20 в.ч
- Олигоэфиракрилат МГФ-9	50 в.ч.
- Смесь наполнителей	35 в.ч

4 в.ч. талька, 6 в.ч. нитрида бора и 0,8 в.ч. аэросила

- Нигрозин

0,5 в.ч.

Линейный характер зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп от логарифма времени термообработки достигается при следующем ступенчатом режиме термообработки: при температуре 50°С - 1 час, при температуре 60°С - 7 часов, при температуре 80°С - 2 часа.

Эпоксидные компаунды, термообработанные по предложенному способу, устойчивы к воздействию внешней среды и в течение длительного времени не меняют свои химические, механические и теплофизические свойства, так как не имеют активных групп, способных вступать в химические реакции с течением времени.

Способ отверждения эпоксидных компаундов, основанный на термообработке этих компаундов, отличающийся тем, что термообработку эпоксидных компаундов ведут по ступенчатому режиму, который выбирают в соответствии с линейным характером зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп компаунда от логарифма времени термообработки до исчезновения эпоксидных реакционно-способных групп компаунда, при этом концентрация эпоксидных реакционно-способных групп определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) как пропорциональная теплоте отверждения, или методом инфракрасной-Фурье спектроскопии (ИФК) - как пропорциональная площади пика аппроксимации Гаусса участка спектра диффузного отражения после преобразования Кубелка-Мунка.