光热二重固化环氧丙烯酸酯导电胶的制备及其固化机理

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为了解决导电胶单纯热固化温度高、时间长,而单纯紫外光固化不完全等问题,本论文在合成了不同酯化率的环氧丙烯酸酯基础上,用其制备了导电胶,并采用光热二重固化技术对导电胶进行了固化。对导电胶的组成和工艺条件进行了研究确定,并对光热二重固化导电胶的固化机理进行了探索。采用环氧树脂E51和α-甲基丙烯酸为原料,合成了1/4,1/3,1/2,5/8,3/4,7/8,1/1酯化率的环氧丙烯酸酯,确定了反应时间和转换率,并通过红外和环氧值的测定对其进行了表征。用所合成的环氧丙烯酸酯配置胶黏剂,固化后,对固化膜的力学和耐热性能进行了研究,确定了5/8酯化率的环氧丙烯酸酯较为适合制备导电胶。以5/8酯化率的环氧丙烯酸酯为树脂基体制备导电胶,确定了光热二重固化导电胶中稀释剂、光引发剂、热引发剂、固化剂及导电填料的最佳用量分别为20%、3.5%、1.5%、10%、60%。最适合的固化温度为140℃,固化时间为120300s。导电胶固化膜的拉伸剪切强度可以达到5.71MPa以上,剥离强度为2.10kN·m-1,硬度为6H,电阻率为5.30×10-2Ω·m。导电胶的变温电阻测试和热失重测试结果表明,导电胶有较好的热稳定性,在环境温度升至300℃时,导电胶仍具有较好的导电可靠性。从固化膜表面及断面的SEM照片可知,导电粒子基本上均匀分布,没有导电填料沉降的现象。采用非等温DSC法和红外吸收法分析了光热二重固化导电胶的固化机理。通过不同温升的DSC曲线,根据Kissinger和Ozawa方程,求得平均表观活化能为40.53kJ·mol-1。并通过Crane方程,得到固化反应的反应级数为0.95,确定了固化反应的动力学方程为-da|dt=k(1-a)0.95。导电胶固化过程的DSC谱图显示的单一的固化放热峰与所得的固化反应级数近似为一级反应的结果相吻合。通过对固化体系中活性基团在固化反应中转化率的分析,得出光热二重固化导电胶在固化过程中大概分三个阶段:第一阶段为快速增长阶段,此阶段主要是克服诱导效应和氧阻聚效应;第二阶段为缓慢上升阶段,此阶段主要是克服笼壁效应;第三阶段为平稳增长阶段,此阶段在诱导效应和笼壁效应的共同作用下,自由基数目将迅速减少,导电胶固化膜固化程度达到稳定状态。
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