一种环氧玻璃纤维绝缘棒材料及其制备方法

文献发布时间：2023-06-19 19:27:02

技术领域

本发明涉及绝缘材料技术领域，尤其涉及一种环氧玻璃纤维绝缘棒材料及其制备方法。

背景技术

目前常用的电子封装材料主要以塑料封装为主，其中环氧树脂材料因其具有成本低廉、成型工艺简单、绝缘性能高、粘结性好、阻燃性好、耐腐蚀性强等优点，在封装材料中一枝独秀。世界范围内的电子元器件的整体计身，有95％的封装都是由环氧树脂来完成的。但是环氧树脂的热导率较低、散热性能差，无法将电子器件的热量很好地扩散出去，造成很大的安全隐患，远远不能适应当前微电子技术的快速发展。因此，研发导热绝缘且综合性能优异的电子封装材料，具有十分重要的意义。

目前提高环氧树脂热学性能的主要途径是加入高导热填料。在众多高导热填料中，氮化硼材料无论是立方相(c-BN)还是六方相(h-BN)因其具有优异的热传导性、化学稳定性、抗氧化性、电绝缘性和低热膨胀系数，都是导热填料的备选材料。其中的六方氮化硼与石墨相似的层状结构和晶格常数，有“白色石墨”之称，是陶瓷材料中导热最大的材料之一，沿面内的导热率高达300W/(m·k)，更是制备导热绝缘复合材料的理想填料。目前已有研究通过向环氧树脂基体中直接添加立方氮化硼粉末，来制备具有高导热性质的环氧树脂复合材料，但是直接添加六方氮化硼就需要很高的填充量才能明显提高环氧树脂导热率。六方氮化硼在环氧树脂中分散性较差，容易团聚，而且与基体连接不紧密，很容易出现孔隙从而增加复合材料界面热阻。因此有研究对无机填料进行了修饰改性，增加填料表面的官能团，使得无机填料在环氧树脂之间连接更加紧密，但是已有修饰改性的方法一般都需要苛刻的反应条件，比如利用反应釜高温加热的方法或者利用强酸强碱进行处理方法对六方氮化硼表面进行修饰，反应釜加温过高会产生巨大压力容易发生危险，使用强酸强碱以及有腐蚀性的化学试剂，废液的后续处理不利于环保。现有研究对六方氮化硼进行改性的方法，通常需要多种化学试剂，而且反应条件较为苛刻，操作步骤较为繁琐。所以便捷的修饰改性的方法就显得十分必要。为提高环氧树脂材料的导热率，填料在基体内部是否形成导热通道也十分重要，导热链或导热网在环氧树脂中形成，可以使复合材料的导热性能得到显著提高

基于上述情况，本发明提出了一种环氧玻璃纤维绝缘棒材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环氧玻璃纤维绝缘棒材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种环氧玻璃纤维绝缘棒材料，所述环氧玻璃纤维绝缘棒材料由以下重量份的原料制备而成：环氧树脂85～95份、表面环氧接枝的玻璃纤维20～25份、甲基四氢苯酐40～55份、二氨基二苯砜10～15份、改性氮化硼60～80份、气相二氧化硅10～18份、邻苯二甲酸二丁酯28～40份、磷酸三丁酯3～5份。

优选地，所述环氧树脂为氢化双酚A环氧树脂，CAS号：30583-72-3，纯度≥99％。

优选地，所述改性氮化硼为六方氮化硼与硅烷偶联剂改性制备而成。

优选地，所述六方氮化硼的粒径为20～35μm。

优选地，所述硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基硅烷，包括3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷的其中一种。

优选地，所述硅烷偶联剂为3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷，CAS号：80750-05-6；在其中一个实施例中，所述3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷的型号为CoatOSil1757。

优选地，所述改性氮化硼的制备方法包括如下步骤：(1)将硅烷偶联剂加入到无水乙醇中，在室温环境下磁力搅拌20～30min，得到混合溶液，其中硅烷偶联剂与无水乙醇的质量比为1:120；(2)将六方氮化硼加入混合溶液，55～60℃下搅拌1～2h，然后用无水乙醇抽滤清洗，经真空干燥，得到硅烷偶联剂改性的氮化硼粉末，其中硅烷偶联剂的用量与六方氮化硼的质量比均为1:20。

优选地，所述表面环氧接枝的玻璃纤维的制备方法包括如下步骤：(1)将玻璃纤维加入piranha溶液中(98％浓盐酸与30％过氧化氢按体积比7:3混合)，90～95℃下磁力搅拌1～1.5h，去离子水洗涤至中性并进行干燥，得到表面净化的玻璃纤维；(2)将表面净化的玻璃纤维加入到NaOH溶液(1.5mol/L)与环氧氯丙烷混合的复合接枝溶液中(NaOH溶液与环氧氯丙烷按体积比2:1混合)，在室温环境下磁力搅拌10～12h，抽滤、去离子水洗涤、烘干，即可得到表面环氧接枝的玻璃纤维。

优选地，所述玻璃纤维与piranha溶液的用量为1g玻璃纤维与10～15ml的piranha溶液配伍。

优选地，所述表面净化的玻璃纤维与复合接枝溶液的用量为1g表面净化的玻璃纤维与20～25ml的复合接枝溶液配伍。

本发明还提供一种环氧玻璃纤维绝缘棒材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将环氧树脂以温度为65～70℃预热处理20～25min，随后将表面环氧接枝的玻璃纤维、甲基四氢苯酐、二氨基二苯砜、改性氮化硼、气相二氧化硅、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯依次加入环氧树脂中充分搅拌混合；

(2)混合均匀后于温度为70～75℃的真空干燥箱中进行20～30min的真空脱泡处理；

(3)真空脱泡后，将获得的浆液浇注到预热至70～80℃的模具中，随后将模具放入80～85℃的烘箱中固化9～10h，然后在120～130℃的烘箱中固化5～6h，，并待模具自然冷却至室温后，即得。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明通过使用3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷对六方氮化硼进行改性，能进一步提高绝缘棒材料的耐热性；其中3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷同时含有异丙氧基基团以及甲基丙烯酰氧基基团，具有双重反应活性，容易与六方氮化硼反应结合形成更多的导热通路，从而提高绝缘棒材料的耐热性。

2.本发明的制备方法、操作方便，易于大规模生产，且质量稳定。

3.本发明原材料在国内充足，价格适宜，使其规模化生产没有太高的成本限制。

具体实施方式

实施例1改性氮化硼的制备

(1)将3-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷加入到无水乙醇中，在室温环境下磁力搅拌30min，得到混合溶液，其中硅烷偶联剂与无水乙醇的质量比为1:120；(2)将六方氮化硼加入混合溶液，55℃下搅拌2h，然后用无水乙醇抽滤清洗，经真空干燥，得到硅烷偶联剂改性的氮化硼粉末，其中硅烷偶联剂的用量与六方氮化硼的质量比均为1:20。

实施例2表面环氧接枝的玻璃纤维的制备

(1)将玻璃纤维加入piranha溶液中(98％浓盐酸与30％过氧化氢按体积比7:3混合)，90℃下磁力搅拌1.5h，去离子水洗涤至中性并进行干燥，得到表面净化的玻璃纤维；(2)将表面净化的玻璃纤维加入到NaOH溶液(1.5mol/L)与环氧氯丙烷混合的复合接枝溶液中(NaOH溶液与环氧氯丙烷按体积比2:1混合)，在室温环境下磁力搅拌12h，抽滤、去离子水洗涤、烘干，即可得到表面环氧接枝的玻璃纤维。

所述玻璃纤维与piranha溶液的用量为1g玻璃纤维与10ml的piranha溶液配伍。

所述表面净化的玻璃纤维与复合接枝溶液的用量为1g表面净化的玻璃纤维与25ml的复合接枝溶液配伍。

实施例3

各原料的用量见表1。

(1)将环氧树脂以温度为65℃预热处理25min，随后将表面环氧接枝的玻璃纤维、甲基四氢苯酐、二氨基二苯砜、改性氮化硼、气相二氧化硅、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯依次加入环氧树脂中充分搅拌混合；

(2)混合均匀后于温度为70℃的真空干燥箱中进行30min的真空脱泡处理；

(3)真空脱泡后，将获得的浆液浇注到预热至70℃的模具中，随后将模具放入80℃的烘箱中固化10h，然后在120℃的烘箱中固化6h，，并待模具自然冷却至室温后，即得。

实施例4

各原料的用量见表1。

(1)将环氧树脂以温度为70℃预热处理20min，随后将表面环氧接枝的玻璃纤维、甲基四氢苯酐、二氨基二苯砜、改性氮化硼、气相二氧化硅、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯依次加入环氧树脂中充分搅拌混合；

(2)混合均匀后于温度为75℃的真空干燥箱中进行20min的真空脱泡处理；

(3)真空脱泡后，将获得的浆液浇注到预热至80℃的模具中，随后将模具放入85℃的烘箱中固化9h，然后在130℃的烘箱中固化5h，并待模具自然冷却至室温后，即得。

实施例5

各原料的用量见表1。

(1)将环氧树脂以温度为70℃预热处理25min，随后将表面环氧接枝的玻璃纤维、甲基四氢苯酐、二氨基二苯砜、改性氮化硼、气相二氧化硅、邻苯二甲酸二丁酯、磷酸三丁酯依次加入环氧树脂中充分搅拌混合；