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特殊环境下的应用挑战
航天领域要求胶水在-55℃至230℃极端温度循环(100次)后仍保持密封性;深海设备需耐受70MPa静水压且防微生物附着;核电站用胶水要抗γ射线辐照(累计剂量>100kGy)。这些场景推动特种配方发展:添加聚酰亚胺纤维可提高高温尺寸稳定性;含氟硅烷的配方能抵抗高压渗透;苯基氟橡胶基胶水具有最优的耐辐照性。此类特种胶水价格可达常规品10倍以上,但能解决关键设备的"卡脖子"密封问题。
引言
氟橡胶中含有氟原子,氟原子与碳原子组成的C-F键性能很高,同时氟原子有大的吸附效应,有赖于这种的分子结构,使得氟橡胶具有的耐热性、耐品性、耐溶剂性、耐氟化性、耐真空性、耐油性、耐老化等多种性能。氟橡胶早应用于航空领域,但应用广泛的是在汽车领域,占应用总量的60% ~ 70%。因此,从实际应用的角度出发,确保选择合适的氟橡胶是十分重要的。
1 分类[1-2]
FKM(美国)及FPM(欧洲)均为偏氟乙烯系氟橡胶的缩写,只因地域不同而有所差异,1956年首先由杜邦公司生产,商标为VITON。因为杜邦的度过高,很多人认为VITON就是FKM,但其实不然。氟橡胶的种类很多,性能也不尽相同。根据化学组成的不同,氟橡胶可大体上分为氟碳橡胶、氟硅橡胶、氟化磷腈橡胶。目前,比较常见的氟橡胶为以下几类:
1)氟橡胶23,国内俗称1号胶,为偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚物;
2)氟橡胶26,国内俗称2号胶,杜邦牌号VITON A,为偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物,综合性能优于氟橡胶23;
3)氟橡胶246,国内俗称3号胶,杜邦牌号VITON B,为偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯三元共聚物,氟含量高于氟橡胶26,耐溶剂性能较好;
4)氟橡胶TP,国内俗称四丙氟橡胶FEPM,旭硝子牌号Aflas,为四氟乙烯和碳氢丙烯共聚物,耐水蒸气和耐碱性能;
5)偏氟醚橡胶,杜邦牌号VITON GLT,为偏氟乙烯、四氟乙烯、全氟甲基乙烯基醚、硫化点单体四元共聚物,低温性能;
6)全氟醚橡胶,简称FFKM,杜邦牌号Kalrez,低温性能,氟含量高,耐溶剂性能;
7)氟硅橡胶,低温性能,具有一定的耐溶剂性能。
2 性能分析与对比
2.1 机理分析
氟元素是已知的化学元素中电负性强的元素,C-F键能很高,如表1所示。氟原子半径很小,相当于C-C键长的一半,这使得氟原子能紧密的排列在碳原子的周围,形成了C-C键的保护屏障,这赋予了含氟高分子弹性体C-C键的化学惰性。
另外,由于氟原子的存在,在其强吸电子效应和对C-C键屏蔽保护作用下,使C-C键的键长缩短,键能增加。不仅如此,氟化了的碳原子与其他原子结合的键能也相应的有所提高,从而提高了含氟高分子弹性体的耐热性和耐腐蚀性,如表2。同时,氟原子也使含氟化合物化学键的自由旋转能大为增加,使氟碳弹性体分子的刚性增强,柔性和耐低温性能有所下降,如表3[3-4]。
表1 键能对比
表2 氟化碳原子和非氟化碳原子与其他原子生成的化学键键能比较
表3 含氟化合物化学键的自由旋转能
2.2 试验结果对比
通过大量的对比试验,我们发现氟橡胶与其他类别相比,性能十分(见图1-4及表4)[3-4]。它的气体透过性较低,适用于高真空装置、隔断外界气体的用途;力学性能较好,但常温下弹性较差,其伸长率一般为150%~300%,撕裂强度20~40KN/n,拉伸强度10~25MPa;耐高温性能较好,氟橡胶26可在200~ 250℃范围内长期工作,或在300℃下短期工作,但耐低温性能一般,能保持弹性的限温度范围为-15~20℃。
图1耐热性与耐油性的对比
图2耐燃油性能对比
图3燃料透过性的对比
图4 压缩永久变形量对比
图5 各类橡胶的耐温曲线
表4 常用橡胶的气体透过系数(cm3 mm/24h m2 atm)
从氟橡胶的生产工艺来看,它的配方一般包括生胶、硫化剂(交联剂)、催化剂、补强剂和助剂等几个方面。在满足所需交联度的条件下,硫化剂应尽量少用,虽然增加补强剂对机械强度的提高和电性能有利,但用量也不宜过多,否则对耐热性有很大影响。因此,生产工艺中氟含量、分子量、分子量分布、硫化剂浓度等系数的差异往往也是造成氟橡胶间特性差异的主要原因,如表5-9及图6所示[5-6]。
表5 含氟量与各特性间的关系
图6氟含量与耐甲醇、耐丙酮的关系
表6 硫化方法与特性间的关系
表7 分子量与特性间的关系
表8 分子量分布的影响
表9 硫化剂与硫化促进剂与特性间的关系
3 四丙氟橡胶FEPM、全氟醚橡胶FFKM与偏氟乙烯系氟橡胶FKM[7-8]
3.1 FEPM与FKM
FEPM与一般的FKM有很大区别,由于其不同的分子结构,它对碱、胺具有的耐久性能。同时具有耐热性以及电气缘性,由于耐蒸汽性较好,所以可用于其他FKM无法使用的用途中。具有偏氟乙烯单体的FKM对碱的耐久性相对较弱,相反,对汽油性的耐久性和低温柔软性都较好,图7是FEPM与FKM(二元系、三元系)的比较,我们由此也可以看出它们具有不同的特性,即使同属于氟橡胶,所擅长的领域也不同,因此,根据性能要求,需分开使用。
A FEPM与FKM不同的分子结构
B Aflas(100系列)与FKM(二元系)的性能差异
图7 FEPM与FKM(二元系、三元系)的比较
3.2 FFKM与FKM
FFKM主要由四氟乙烯、全氟烷基乙烯基醚为主要单体,并与少量带硫化点的第三单体共聚而成。具有对高温及化学品及其稳定的结构,可抵抗1600多种化学品的腐蚀,其性有助于保持密封的完整性和性。这种突出的实用价值使它在工业上具有各种各样的应用。它的开发和应用代表了氟橡胶发展的高点。图8和表10是FFKM与FKM的比较,对比发现由于主链的四氟乙烯被氟化,性能发生了质的飞越。图9则是Kalrez常用牌号类型,可满足各种苛刻工况的要求。
alrez与FKM不同的分子结构
B Kalrez与FKM分别浸泡在丙酮、甲苯等有机介质中
(16分钟后FKM明显溶胀)
图8 FFKM与FKM的比较
表10 Kalrez与FKM不同介质中的体积增加率
图9各类苛刻工况下的Kalrez常用牌号
4 展望
氟橡胶因其的性能,已经得到了越来越广泛的应用,很好地解决了苛刻条件下的密封问题。随着人们对氟橡胶制造工艺的不断改进和应用的深入研究,未来,这一综合性能佳的密封材料势必在更多的领域得到推广应用。
参考文献
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胶接是通过具有黏附能力的物质,把同种或不同种材料牢固地连接在起的方法。具有黏附能力的物质称为胶粘剂或黏合剂,被胶接的物体称为被粘物,胶粘剂和被黏物构成的组件称为胶接接头。其主要优点是操作简单、生产率高;工艺灵活、、简便;接头、牢固、美观产品结构和加工工艺简单;省材、省力、成本低、变形小。容易实现修旧利废接技术可以有效地应用于不同种类的金属或非金属之间的联接等。
胶粘剂的组成
一
胶粘剂的组成
现在使用的胶粘剂均是采用多种组分合成树脂胶粘剂,单一组分的胶粘剂已不能满足使用中的要求。合成胶粘剂由主剂和助剂组成,主剂又称为主料、基料或粘料;助剂有固化剂、稀释剂、增塑剂、填料、偶联剂、引发剂、增稠剂、防老剂、阻聚剂、稳定剂、络合剂、乳化剂等,根据要求与用途还可以包括阻燃剂、发泡剂、消泡剂、着剂和防霉剂等成分。1.主剂主剂是胶粘剂的主要成分,主导胶粘剂粘接性能,同时也是区别胶粘剂类别的重要标志。主剂一般由一种或两种,甚至三种高聚物构成,要求具有良好的粘附性和润湿性等。通常用的粘料有:·天然高分子化合物如蛋白质、皮胶、鱼胶、松香、桃胶、骨胶等。2)合成高分子化合物①热固性树脂,如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、脲醛树脂、有机硅树脂等。②热塑性树脂,如聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇及缩醛类树脂、聚苯乙烯等。③弹性材料,如丁腈胶、氯丁橡胶、聚硫橡胶等。④各种合成树脂、合成橡胶的混合体或接枝、镶嵌和共聚体等。
2.助剂为了满足特定的物理化学特性,加入的各种辅助组分称为助剂,例如:为了使主体粘料形成网型或体型结构,增加胶层内聚强度而加入固化剂(它们与主体粘料反应并产生交联作用);为了加速固化、降低反应温度而加入固化促进剂或催化剂;为了提高耐大气老化、热老化、电弧老化、臭氧老化等性能而加入防老剂;为了赋予胶粘剂某些特定性质、降低成本而加入填料;为降低胶层刚性、增加韧性而加入增韧剂;为了改善工艺性降低粘度、延长使用寿命加入稀释剂等。包括:1)固化剂固化剂又称硬化剂,是促使黏结物质通过化学反应加快固化的组分,它是胶粘剂中主要的配合材料。它的作用是直接或通过催化剂与主体聚合物进行反应,固化后把固化剂分子引进树脂中,使原来是热塑性的线型主体聚合物变成坚韧和坚硬的体形网状结构。固化剂的种类很多,不同的树脂、不同要求采用不同的固化剂。胶接的工艺性和其使用性能是由加人的固化剂的性能和数量来决定的。2)增韧剂
增韧剂的活性基团直接参与胶粘剂的固化反应,并进入到固化产物形成的一个大分子的链结构中。没有加入增韧剂的胶粘剂固化后,其性能较脆,易开裂,实用性差。加入增韧剂的胶接剂,均有较好的抗冲击强度和抗剥离性。不同的增韧剂还可不同程度地降低其内应力、固化收缩率,提高低温性能。
常用的增韧剂有聚酰胺树脂、合成橡胶、缩醛树脂、聚砜树脂等。
3)稀释剂稀释剂又称溶剂,主要作用是降低胶粘剂粘度,增加胶粘剂的浸润能力,改善工艺性能。有的能降低胶粘剂的活性,从而延长使用期。但加入量过多,会降低胶粘剂的胶接强度、耐热性、耐介质性能。常用的稀释剂有丙酮、漆料等多种与粘料相容的溶剂。4)填料填料一般在胶黏剂中不发生化学反应,使用填料可以提高胶接接头的强度、抗冲击韧性、耐磨性、耐老化性、硬度、高使用温度和耐热性,降低线膨胀系数、固化收缩率和成本等。常用的填料有氧化铜、氧化镁、银粉、瓷粉、云母粉、石棉粉、滑石粉等。5)改性剂改性剂是为了改善胶黏剂的某一方面性能,以满足要求而加入的一些组分,如为增加胶接强度,可加入偶联剂,还可以加入防腐剂、防霉剂、阻燃剂和稳定剂等。
二
胶粘剂的分类
按成分来分类
胶粘剂种类很多,比较普遍的有:脲醛树脂胶粘剂、聚醋酸乙烯胶粘剂、聚丙烯酸树脂胶粘剂,聚丙烯酸树脂、聚氨酯胶粘剂、热熔胶粘剂、环氧树脂胶粘剂、合成胶粘剂等等。
1、有机硅胶粘剂
是一种密封胶粘剂,具有耐寒、耐热、耐老化、防水、防潮、伸缩疲劳强度高、永久变形小、等特点。近年来,此类胶粘剂在国内发展迅速,但目前我国有机硅胶粘剂的原料部分依靠。
2、聚氨酯胶粘剂
能粘接多种材料,粘接后在低温或温时仍能保持材料理化性质,主要应用于制鞋、包装、汽车、磁性记录材料等领域。
3、聚丙烯酸树脂
主要用于生产压敏胶粘剂,也用于纺织和建筑领域。
建筑用胶粘剂:主要用于建筑工程装饰、密封或结构之间的粘接。
4、 热熔胶粘剂
根据原料不同,可分为EVA热熔胶、聚酰胺热熔胶、聚酯热熔胶、聚烯烃热熔胶等。目前国内主要生产和使用的是EVA热熔胶。聚烯烃系列胶粘剂主要原料是乙烯系列、SBS、SIS共聚体。
5、环氧树脂胶粘剂
可对金属与大多数非金属材料之间进行粘接,广泛用于建筑、汽车、电子、电器及日常家庭用品方面
6、脲醛树脂、酚醛、三聚氰胺-甲醛胶粘剂
主要用于木材加工行业,使用后的甲醛释放量高于标准。
木材加工用胶粘剂:用于中密度纤维板、石膏板、胶合板和刨花板等
7、合成胶粘剂
主要用于木材加工、建筑、装饰、汽车、制鞋、包装、纺织、电子、印刷装订等领域。目前,我国每年合成胶粘剂近20万吨,品种包括热熔胶粘剂、有机硅密封胶粘剂、聚丙烯酸胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、汽车用聚氯乙烯可塑胶粘剂等。同时,每年出口合成胶粘剂约2万吨,主要是聚醋酸乙烯、聚乙烯酸缩甲醛及压敏胶粘剂。
按用途来分类
1、密封胶粘剂
主要用于门、窗及装配式房屋预制件的连接处。高档密封胶粘剂为有机硅及聚氨酯胶粘剂,中档的为氯丁橡胶类胶粘剂、聚丙烯酸等。在我国,建筑用胶粘剂市场上,有机硅胶粘剂、聚氨酯密封胶粘剂应是今后发展的方向,目前其占据建筑密封胶粘剂的销售量为30%左右。
2、建筑结构用胶粘剂
主要用于结构单元之间的联接。如钢筋混凝土结构外部修补,金属补强固定以及建筑现场施工,一般考虑采用环氧树脂系列胶粘剂。
3、汽车用胶粘剂
分为4种,即车体用、车内装饰用、挡风玻璃用以及车体底盘用胶粘剂。
目前我国汽车用胶粘剂年消耗量约为4万吨,其中使用量大的是聚氯乙烯可塑胶粘剂、氯丁橡胶胶粘剂及沥青系列胶粘剂。
4、包装用胶粘剂
主要是用于制作压敏胶带与压敏标签,对纸、塑料、金属等包装材料表面进行粘合。纸的包装材料用胶粘剂为聚醋酸乙烯乳液。塑料与金属包装材料用胶粘剂为聚丙烯酸乳液、VAE乳液、聚氨酯胶粘剂及氰基丙烯酸酯胶粘剂。
5、电子用胶粘剂
消耗量较少,目前每年不到1万吨,大部分用于集成电路及电子产品,现主要用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅胶粘剂。用于5微米厚电子元件的封端胶粘剂我们可以自己供给,但3微米厚电子元件用胶粘剂需从国外。
6、制鞋用胶粘剂
年消费量约为12.5万吨,其中氯丁橡胶类胶粘剂需要11万吨,聚氨酯胶粘剂约1.5万吨。由于氯丁橡胶类胶粘剂需用苯类作溶剂,而苯类对人体有害,应限制发展,为满足制鞋业发展需求,采用聚氨酯系列胶粘剂将是方向。
按物理形态来分类
1、密封胶
1.1 按密封胶硫化方法分类
(1)湿空气硫化型密封胶
此类密封胶系列用空气中的水分进行硫化。它主要包括单组分的聚氨酯、硅橡胶和聚硫橡胶等。其聚合物基料中含有活性基团,能同空气中的水发生反应,形成交联键,使密封胶硫化成网状结构。
(2)化学硫化型密封胶
双组分的聚氨酯、硅橡胶、聚硫橡胶、氯丁橡胶和环氧树脂密封胶都属于这一类,一般在室温条件下完成硫化。某些单组分的氯磺化聚乙烯和氯丁橡胶密封胶以及聚氯乙烯溶胶糊状密封胶则须在加热条件下经化学反应完成硫化。
(3)热转变型密封胶
用增塑剂分散的聚氯乙烯树脂和含有沥青的橡胶并用的密封胶是两个不同类型的热转变体系。乙烯基树脂增塑体在室温下是液态悬浮体,通过加热转化为固体而硬化;而橡胶-沥青并用密封胶则为热熔性的。
(4)氧化硬化型密封胶
表面干燥的嵌逢或安装玻璃用密封胶主要以干性或半干性植物油或动物油为基料,这类油料可以是精制聚合的、吹制的或化学改性的。
(5)溶剂挥发凝固型密封胶
这是以溶剂挥发后无粘性高聚物为基料的密封胶。这一类密封胶主要有丁基橡胶、高分子量聚异丁烯、一定聚合程度的丙烯酸酯、氯磺化聚乙烯以及氯丁橡胶等密封胶。
1.2 按密封胶形态分类
(1)膏状密封胶
此类密封胶基本上用于静态接缝中,使用期一般为2年或2年以上。通常采用3种主体材料:油和树脂、聚丁烯、沥青。
(2)液态弹性体密封胶
此类密封胶包括经硫化可形成真正弹性状态的液体聚合物,它们具有承受重复的接缝变形能力。弹性体密封胶所使用的聚合物弹性体包括液体聚硫橡胶、巯端基聚丙烯醚、液体聚氨酯、室温硫化硅橡胶和低分子丁基橡胶等。该类密封胶通常配合成两个组分,使用时将两个组分混合。
(3)热熔密封胶
热熔密封胶又叫热施工型密封胶。指以弹性体同热塑性树脂掺合物为基料的密封胶。这类密封胶通常在加热(150~200℃)情况下经一定口型模型直接挤出到接缝中。热施工可改进密封胶对被粘基料的湿润能力,因此对大多数被粘基料具有良好的粘接力。一经放入适当位置,就冷却成型或成膜,成为收缩性很小的坚固的弹性体。热施工密封胶的主体材料主要是异丁烯类聚合物、三元乙丙橡胶和热塑性的苯乙烯嵌段共聚物。它们通常同热塑性树脂如EVA、EEA、聚乙烯、聚酰胺、聚酯等掺合。
(4)液体密封胶
该类密封胶主要用于机械接合面的密封,用以代替固体密封材料即固体垫圈以机械内部流体从接合面泄漏。该类密封胶通常以高分子材料例如橡胶、树脂等为主体材料,再配以填料及其它组分制成。液体密封胶通常分不干性粘着型、半干性粘弹性、干性附着型和干性可剥型等4类。根据具体使用部位及要求选择。
1.3 按密封胶施工后性能分类
(1)固化型密封胶
固化型密封胶可分成刚性密封胶和柔性密封胶两种类型:a)刚性密封胶硫化或凝固后形成坚硬的固体,很少具有弹性;此类密封胶有的品种既起密封作用又起胶接作用,其代表性密封胶是以环氧树脂、聚酯树脂、聚丙烯酸酯、聚酰胺和聚乙酸乙烯酯等树脂为基料的密封胶。b)柔性密封胶在硫化后保持柔软性。它们一般以橡胶弹性体为基料。柔性变化幅度大,硬度(邵尔A)在10~80范围内。这类密封胶中有些品种是纯橡胶,大多数具有良好胶粘剂的性能。
(2)非固化型密封胶
这类密封胶是软质凝固性的密封胶,施工之后仍保持不干性状态。通常为膏状,可用刮刀或刷子用到接缝中,可以配合出许多不同粘度和不同性能的密封胶。
2、按胶粘剂硬化方法分类
低温硬化代号为a;常温硬化代号为b;加温硬化代号为c;适合多种温度区域硬化代号为d;与水反应固化代号为e;厌氧固化代号为f;辐射(光、电子束、放射线)固化代号为g;热熔冷硬化代号为h;压敏粘接代号为i;混凝或凝聚代号为j,其他代号为k。
3、按胶粘剂被粘物分类
多类材料代号为A;木材代号为B;纸代号为C;天然纤维代号为D;合成纤维代号为E;聚烯烃纤维(不含E类)代号为F;金属及合金代号为G;难粘金属(金、银、铜等)代号为H;金属纤维代号为I,无机纤维代号为J;透明无机材料(玻璃、宝石等)代号为K;不透明无机材料代号为L;天然橡胶代号为M;合成橡胶代号为N;难粘橡胶(硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶)代号为O,硬质塑料代号为P,塑料薄膜代号为Q;皮革、合成革代号为R,泡沫塑料代号为S; 难粘塑料及薄膜(氟塑料、聚乙烯、聚丙烯等)代号为T;生物体组织骨骼及齿质材料代号为U;其他代号为V。
4、胶水状态
无溶剂液体代号为1;2有机溶剂液体代号为2;3水基液体代号为3,4膏状、糊状代号为4,5粉状、粒状、块状代号为5;6片状、膜状、网状、带状代号为6;7丝状、条状、棒状代号为7。
5、其它胶粘剂: (不常用到)
金属结构胶、聚合物结构胶、光敏密封结构胶、其它复合型结构胶
热固性高分子胶:环氧树脂胶、聚氨酯(PU)胶、氨基树脂胶、酚醛树脂胶、丙烯酸树脂胶、呋喃树脂胶、间笨二酚-甲醛树脂胶、二甲笨-甲醛树脂胶、不饱和聚酯胶、复合型树脂胶、聚酰亚胺胶、脲醛树脂胶、其它高分子胶
密封胶粘剂:室温硫化硅橡胶、环氧树脂密封胶、聚氨酯密封胶、不饱和聚酯类、丙烯酸酯类、密封腻子、氯丁橡胶类密封胶、弹性体密封胶、液体密封垫料、聚硫橡胶密封胶、其它密封胶
热熔胶:热熔胶条、胶粒、胶粉、EVA热熔胶、橡胶热熔胶、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚胺酯热熔胶、苯乙烯类热熔胶、新型热熔胶、聚乙烯及乙烯共聚物热熔胶、其他热熔胶
水基胶粘剂:丙烯酸乳液、醋酸乙烯基乳液、聚乙烯醇缩醛胶、乳液胶、其它水基胶
压敏胶(不干胶):胶水、胶粘带、无溶剂压敏胶、溶剂压敏胶、固化压敏胶、橡胶压敏胶、丙烯酸酯压敏胶、其它压敏胶
溶剂型胶:树脂溶液胶、橡胶溶液胶、其它溶剂胶
无机胶粘剂:热熔无机胶、自然干无机胶、化学反应无机胶、水硬无机胶、其它无机胶
热塑性高分子胶粘剂:固体高分子胶、溶液高分子胶、乳液高分子胶、单体高分子胶、其它热塑性高分子胶
天然胶粘剂:蛋白质胶、碳水化合物胶粘剂、其他天然胶
橡胶粘合剂:硅橡胶粘合剂、氯丁橡胶粘合剂、丁腈橡胶粘合剂、改性天然橡胶粘合剂、氯磺化聚乙烯粘合剂、聚硫橡胶粘合剂羧基橡胶粘合剂、聚异丁烯、丁基橡胶粘合剂、其它橡胶粘合剂
耐高温胶:有机硅胶、无机胶、高温模具树脂胶、金属高温粘合剂、其它耐高温胶
聚合物胶粘剂:丁腈聚合物胶、聚硫橡胶粘合剂、聚氯乙烯胶粘剂、聚丁二烯胶、过氯乙烯胶粘剂、其它聚合物胶
修补剂:金属修补剂、高温修补剂、紧急修补剂、耐磨修补剂、耐腐蚀修补剂、塑胶修补剂、其它修补剂
医用胶、纸品用胶、导磁胶、防磁胶、防火胶、防淬火胶、防淬裂胶、动物胶、植物胶、矿物胶、食品级胶粘剂、其它胶水。
固晶胶水
一、什么是固晶?
通过胶体(对于LED来说一般是导电胶或缘胶)把晶片粘结在支架的指定区域,形成热通路或电通路,为后序的打线连接提供条件的工序。
(一)、条件需求
材料
1、支架
2、固晶胶
固晶胶的种类:导电胶(银胶),缘胶(透明胶)。
固晶胶的用途:具有粘附性,导电性(银胶),导热性,以及反光性能(添加银粉形状)。
3、LED芯片
设备
固晶机,烘箱。
(二)、工艺流程
点胶
将碗杯内部点入固晶胶。
装片
在已点胶的碗杯内部放入LED芯片。
二、LED生产流程
三、固晶胶水的种类
根据工艺需求的不同,LED固晶胶一般可分为缘胶、导热白胶和导电银胶三类,其中以缘胶的应用为广泛。根据材料体系的不同可分为环氧固晶胶和有机硅固晶胶两大类,环氧固晶胶粘结力强,但耐热性差,易黄变,光衰严重,只能用于小功率低端产品;而有机硅固晶胶耐温性和耐候性好,不易黄变,适用范围更广。
四、固晶胶水工艺的技术要求
固晶无论是何种技术方案,归结到生产中的具体要求,主要有以下四点:点是精度,基于芯片微缩化、pitch超小、芯片巨量转移,平面度和超大尺寸等特点,需要die bond设备更高精度和稳定;第二点是效率,无论是背光和显示,都需要大量LED芯片以及锡膏的时效性,此外量产的成本都推动die bond设备转移效率的提高;第三点是差,由于芯片制造工艺、LED封装工艺、驱动IC和电路控制以及基板的制作工艺都会导致显示效果的差异,因而die bond具备混打功能;一点便是良率,无论是背光还是直显,都面临修补的问题,尤其是直显,成品需要达到99.999%, die bond设备良率越高,自然就减少修补成本。
五、固晶锡膏与固晶银胶的比较
LED 热管理设计一直是热门话题,也是影响 LED 发光性能及性的关键技术之一。对于 LED 器件来说,主要的散热路径是 LED 芯片产生的热量通过固晶层再到热沉,如果固晶质量不控制好,则固晶层的热阻将是散热路径的瓶颈所在,从而引起结温升高。常见的几种固晶方式以及相应的固晶材料。LED芯片主要有正装及倒装两种结构,而正装又分为垂直和水平结构。对于垂直LED芯片,常见固晶采用银胶,主要是为了导电、散热、固定芯片,存在的缺点是银胶会吸光;对于水平结构的LED芯片,常见固晶采用透明缘胶,主要是为了缘并提高亮度,因为它可以发挥反射杯的反射率,从这方面来说,对于小功率LED器件,一般缘胶可比银胶提高亮度。但是银胶的热导率比缘胶较高,目前市面上银胶热导率可高达40 W / (m*k),因此,大功率LED大多数采用银胶固晶。还有一种应用于功率型LED 器件的固晶材料——固晶锡膏,固晶锡膏是以热导率为 60 W / m*k 左右的锡、银、铜等金属合金作基体的键合材料。但目前固晶锡膏很多是应用在倒装芯片的固晶上,倒装芯片可实现高功率密度,因为其固晶层较接近发光层,热阻可大大降低,而且没有焊线可以缩小固晶间距。
常见的倒装芯片固晶有两种,一种是芯片底部有固晶金属层,即带有一层纯锡或金锡共晶合金作接触面镀层,可实现与有镀金或银的基板的粘合。还有一种是倒装芯片底部没有固晶金属层,可使用固晶锡膏实现两个电与基板之间的粘合。另外,固晶锡膏通过回流炉焊接只需 5-7 min,相对于通用银胶的 30-90 min,固晶速度快,但是导电银胶的基体树脂是一种胶黏剂, 可以选择适宜的固化温度进行粘接, 如环氧树脂胶黏剂可以在室温至 150℃ 固化, 远低于锡铅焊接的 200℃ 以上的焊接温度, 这就避免了焊接高温可能导致的材料变形、电子器件的热损伤和内应力的形成。而且固晶锡膏常有空洞率的问题,因此,固晶方式和固晶材料之间的选择要综合应用场合及成本考虑。
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Huhoco希科SI Coatings热硫化胶粘剂 (德国)
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百年德企HUHOCO GROUP成立于1927年,致力于工业制造、新材料研发等行业,在欧美亚建立20余个研发和生产基地,为制造业客户提供跨行业系统解决方案。
集团旗下SIC GmbH是欧洲家涂料胶粘剂研发和生产厂家,产品涵盖各类橡胶与金属基材热硫化胶粘剂、塑料与金属基材胶粘剂、塑料与玻璃陶瓷碳纤维基材胶粘剂。公司的产品和技术广泛应用在汽车制造、工业生产、建筑桥梁减震、航空航天、电子制造、过程工业等众多领域。
SIC GmbH产品,符合欧洲严苛的要求。
橡胶与金属基材热硫化胶粘剂
产品名称 涂布方式 使用说明
SIC 05 底涂/单涂 普通橡胶的底涂,适用于NBR单涂使用
SIC 16 面涂 通用型面涂,适合大多数橡胶
SIC 17 面涂
针对性较高的较难粘接的橡胶如三元乙丙橡胶(EPDM)
以及 氯 硫化聚乙烯橡胶(CSM)
以及苯乙烯-丁 二烯橡胶(SBR)等橡胶,
具有 好的油与溶剂抗性
SIC 05 底涂/单涂 丁腈橡胶(NBR)和氢化丁腈橡胶(HNBR)的单涂,
SIC 17 与 SIC 05 的组合适合EPDM的硫化粘接
SIC 34 单涂 腈化橡胶和氯化橡胶如丙烯酸橡胶(AEM),
氯丁橡胶(CR),氯醇橡胶(ECO)
以及某些天然橡胶(NR)粘接金属基材的
的低温硫化型
SIC 15 面涂 针对大多数橡胶低温硫化型面涂,
适用于80-90度的硫化条件
SIC 01 底涂/单涂 抗温性底涂,亦可作为丁腈橡胶(NBR)
和氢化丁腈橡胶(HNBR)的单涂
SIC 22 单涂 针对氟橡胶
SIC 28 单涂 针对硅橡胶
SIC 29 单涂 针对氟硅橡胶
SIC 18 单涂
天然橡胶(NR),异戊二烯橡胶(IR),丁二烯橡胶(BR),
苯乙烯 -丁 二烯橡胶(SBR),氯乙烯橡胶( CR),
丙烯晴-丁二烯橡胶(NBR),异丁烷-异戊二橡胶 烯(IIR)
和 氯 硫化聚乙烯橡胶(CSM) 等橡胶
SIC 116613 单涂
针对性较高的较难粘接的橡胶如三元乙丙橡胶(EPDM)、
氯 硫化聚乙烯橡胶(CSM)以及
苯乙烯-丁 二烯橡胶(SBR)等橡胶
与金属和很多塑料 基材的粘接涂层。
塑料与金属基材胶粘剂
产品名称 涂布方式 使用说明
SIG 2169 单涂 针对各种聚氯乙烯(PVC)
SIC 3192 单涂 针对聚丙烯(PP)射出成形等工艺
SIC 3161 单涂 针对热塑性聚氨酯(TPU)和聚氨酯(PU)树脂、CPU
SIC 78 底涂
可配合 SIC 2169、3192、
3161使用的底涂,
在对防腐有要求的情况下使用
SIC 3125 单涂
针对聚酰胺(PA)及其玻璃纤维加强树脂(PA+GF),
也可用于聚丙烯玻璃纤维加强树脂 (PP+GF)、
聚對苯二甲酸丁二酯 (PBT)以及
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物玻璃纤维加强树脂(ABS+GF)
SIC 75 底涂 配合SIC 3125使用的底涂,
尤其在基材对防腐要求较高时推荐使用
SIC 3599 面涂 针对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS)
SIC 80 底涂 配合 SIC 3599使用的底涂,
与金属基材有强的附着力,并且起到防腐的效果。
氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的一种高分子弹性体。它具有较好的力学性能,耐高温、耐油及耐多种化学品侵蚀,综合性能,大量用于密封制品的生产,是现代航空、导弹、火箭,宇宙航行等尖端科学技术及其他工业(如汽车)方面不可缺少的材料。
一、优良的耐腐蚀性能。
氟橡胶具有的耐腐蚀性能。一般说来它对有机液体,如燃料油、溶剂、液压介质等;浓酸,如硝酸、硫酸、盐酸等;高浓度过氧化氢和其他强氧化剂作用的稳定性方面,均优于其他各种橡胶。
二、耐溶胀性能。
氟橡胶具有高度的化学稳定性。26型氟橡胶耐石油基油类、双酯类油、硅醚类油、硅酸类油,耐无机酸,耐多数的有机、无机溶剂、品等,仅不耐低分子的酮、醚、酯,不耐胺、氨、氢氟酸、氯磺酸、磷酸类液压油。23型氟胶的介质性能与26型相似,且更有之处,它耐强氧化性的无机酸如发烟硝酸、浓硫酸性能比26型好,在室温下98%的硝酸中浸渍27天它的体积膨胀仅为13%~15%。
三、耐热和耐高温性能。
在耐老化方面氟橡胶可以和硅橡胶相媲美,优于其他橡胶。26型氟橡胶可在250℃下长期工作,在300℃下短期工作,23型氟橡胶经200℃×1000h老化后仍具有较高的,也能承受250℃短期高温的作用。四丙氟橡胶的热分解温度在400℃以上,能在230℃下长期工作。氟橡胶在不同温度下性能变化大于硅橡胶和通用的丁基橡胶,其拉伸强度和硬度均随温度的升高而明显下降,其中拉伸强度的变化特点是在150℃以下,随温度的升高而迅速降低;在150~260℃之间,则随温度的升高而下降较慢。
四、耐低温性能。
氟橡胶的低温性能不好,这是由于其本身的化学结构所致,如23-11型的Tg>0℃。实际使用的氟橡胶低温性能通常用脆性温度及压缩耐寒系数来表示。胶料的配方以及产品的形状(如厚度)对脆性温度影响都比较大,如配方中填料量增加则脆性温度敏感地变坏,制品的厚度增加,脆性混同度也敏感地变坏。
氟橡胶的耐低温性能一般它能保持弹性的限温度为-15~20℃。随着温度的降低,它的拉伸强度变大,在低温下显得强韧。当用作密封件时,往往会出现低温密封渗漏问题。其脆性温度随试样厚度而变化。例如26型氟橡胶在厚度为1.87mm时,其脆性温度是-45℃,厚度为0.63mm时是-53℃,厚度为0.25mm时是-69℃。它的标准试样26型氟橡胶的脆性温度是-25~-30℃,246型氟橡胶的脆性温度为-30~-40℃,23型氟橡胶的脆性温度为-45~-60℃。
五、耐过热水与蒸汽的性能。
氟橡胶对热水作用的稳定性不仅取决于本体材料,而且决定于胶料的配合。对氟橡胶来说,这种性能主要取决于它的硫化体系。过氧化物硫化体系比胺类、双酚AF类硫化体系为佳。26型氟橡胶采用胺类硫化体系的胶料性能较一般合成橡胶如乙丙橡胶、丁基橡胶还差。
六、压缩永久变形性能。
氟橡胶用于高温下的密封中压缩变形是它的关键性能,它是作为密封制品控制的一个重要性能。26型氟橡胶的压缩永久变形性能较其他氟橡胶都好,这是它之所以获得广泛应用的原因之一。在200~300℃的温度范围内其压缩永久变形显得很大。但在20世纪70年代美国DuPont公司对其进行了改进,发展了一种低压缩永久变形胶料(Viton E-60C),它是从生胶品种(VitonA改进为Viton E-60)和硫化体系选择上(从胺类硫化改进为双酚AF硫化)进行改进的,这就使氟橡胶在200℃高温下长期密封时的压缩永久变形性较好,氟橡胶在149℃长期存放的条件下,其密封保持率在各类橡胶中处于领先的。
七、耐气候老化和耐臭氧性能。
氟橡胶具有好的耐候老化性,耐臭氧性能。产品配方中往往可以添加紫外线吸收剂,则可进一步提升其户外耐紫外线老化性能。
八、机械性能。
氟橡胶一般具有较高的拉伸强度和硬度,但弹性较差。一般地,氟橡胶在高温下的压缩永久变形大,但是如果以相同条件比较,如从150℃下的同等时间的压缩永久变形来看,丁和氯丁橡胶均比26型氟胶要大,26型氟橡胶在200℃×24h下的压缩变形相当于丁橡胶在150℃×24h的压缩变形。
九、电性能。
氟橡胶的电缘性能不是太好,只适于低频低压下使用。温度对它的电性能影响很大,从24℃升到184℃时,其缘电阻下降35,000倍。26型氟橡胶的电缘性能不是太好,只适于低频,低电压场合应用。温度对其电性能影响很大,即随温度升高,缘电阻明显下降,因此,氟橡胶不能作为高温下使用的缘材。填料种类和用量对电性能影响较大,沉淀碳酸钙赋予硫化胶较高的电性能,其他填料则稍差,填料的用量增加,电性能则随之下降。
十、耐高真空性能。
氟橡胶具有佳的耐真空性能,这是由于氟橡胶在高温、高真空条件下具有较小的放气率和小的气体挥发量。26型、246型氟橡胶能够应用于133×l0-9~133×10-10 Pa的超高真空场合,是宇宙飞行器中的重要橡胶材料。氟橡胶的气透性是橡胶中较低的,与丁基橡胶、丁腈橡胶相近。填料的加入能使硫化胶的气透性变小,其中硫酸钡的效果较中粒子热裂法炭黑(MT)显著。氟橡胶的气透性随温度升高而增大,气体在氟橡胶中的溶解度较大,但扩散速度则很小,这有利于在真空条件下应用。氟橡胶对气体的溶解度比较大,但扩散速度却比较小,所以总体表现出来的透气性也小。据报道,26型氟橡胶在30℃下对于氧、氮、氦、二氧化碳气体的透气性和丁基橡胶、丁橡胶相当,比氯丁胶、天然橡胶要好。在氟橡胶中,填料的加入,充填了橡胶内部的空隙,从而使硫化胶的气透性变小,这对于真空密封是很有利的。
十一、耐燃性能。
橡胶的耐燃性取决于分子结构中卤素的含量。卤素含量愈多,耐燃性愈好。氟橡胶与火焰接触能够燃烧,但离开火焰后就自动熄灭,所以氟橡胶属于自熄型橡胶。
十二、耐辐射性能。
氟橡胶是属于耐中等剂量辐射的材料。高能射线的辐射作用能引起氟橡胶产生裂解和结构化。氟橡胶的耐辐射性能是弹性体中比较差的一种,26型橡胶辐射作用后表现为交联效应,23型氟橡胶则表现为裂解效应。246型氟橡胶在空气中常温辐射在5×107 仑的剂量下性能剧烈变化,在1×107仑条件下硬度增加1~3,强度下降20%以下,伸长率下降30%~50%。所以,一般认为246型氟橡胶可以耐1×107仑,限为5×107仑。
现有定型氟橡胶胶料7271,多年来一直用于压制带金属骨架(20~#钢)的封严皮碗,使用607型处理剂做金属表面处理剂,其粘着力不太稳定。因此我们重新配制了表面处理剂XSJ—1。根据产品的硫化条件,我们倾向于用硅烷类胶粘剂,因为它能耐250℃的高温二...
使用过氧化物为硫化剂,对于硫化部位,需要利用碘或溴,通常采取与含碘或溴的单体共聚,或通过氟烷基碘化物链转移剂将其导入。过氧化物硫化比多醇硫化得到的产品耐油性,因此在三元体系中使用较多。作为硫化助剂,三烯丙基三聚氰酸酯等不饱和多功能团化合物十分必要。另外,若将溴定为硫化部位,则金属氧化物也是的( ZnO 等)。
而使用二胺化合物(六亚甲基二胺的氨基甲酸盐等)作为硫化剂,可以值得高机械强度的橡胶产品。但因其硫化性、稳定性及永久变形较差等问题,该硫化方法使用的不多。作为受氧剂, MgO 为必要成分。
1.3 产品性能及加工成型
FKM 橡胶耐热、耐油、耐燃油性能,但耐寒性还有待提高。该橡胶的性能与含氟量密切先关:含氟量增加,耐油性提高但耐寒性和永久压缩变形性明显降低。有机过氧化物硫化系具有较好的耐久性,且因没有添加碱性物质,耐胺性优良。
根据不同的用途, FKM 常配合不同填充剂和添加剂进行混炼。采用与其他橡胶相同的成型方法,如模具成型、挤出成型等。粘结方法则是在被粘接物上涂上底漆(如要求要耐热性用途时可用硅烷偶联剂) ,再在进行硫化时将氟橡胶粘结在底漆上。
1.4 用途及展望
目前,FKM 的用途主要集中于与汽车部件相关的应用领域,随着汽车性能逐步提高,未来,由耐热耐油性能的氟橡胶代替丙烯酸酯系橡胶及硅橡胶已成为这一领域的趋势。
2 四氟乙烯 / 丙烯系橡胶( TFE-P)
TFE-P 是四氟乙烯与丙烯交替聚合物为基的橡胶, 该材料除具有氟橡胶的性能外, 还兼具高电气缘及耐品性等 FKM 不具备的特性。
2.1 合成方法
TFE-P 系橡胶在工业上采取乳液聚合实施方法, 以过硫酸钾或过硫酸铵为引发剂, 在反应体系达到一定压力时加入原料进行反应。将这样得到的乳液用无机盐凝聚,清洗干燥后得到氟橡胶。合成步骤与 FKM 类似。
2.2 硫化方法
对于 TFE-P 系橡胶而言,二元系橡胶中用过氧化物硫化,三元系橡胶中用过氧化物硫化以及多醇硫化。
过氧化物硫化使用有机过氧化物作为硫化剂使用,与 FKM 不同的是,硫化部位不用溴和碘,因而更适合于医疗食品领域的应用。
三元系橡胶中有 VDF,多醇硫化也是可行的。硫化机理与 FKM 多醇硫化类似,但硫化反应活性稍低(这正是其耐化学品性的原因),因而需要使用的铵盐作为硫化促进剂。
由于二元系橡胶缘性能号,可用于制造电线,因此可以通过电子射线辐射的方法对其进行交联。
2.3 产品性能及加工成型
该橡胶具有的电缘性和耐品性。氟含量低于 FKM 却具有高的分解温度。耐溶剂性优良,溶于四氢呋喃,而在低性溶剂中发生溶胀。对胺系添加剂的高性能引擎油耐久性好,密度较低,催化温度为 -40℃。
TFE-P 系橡胶的成型加工中,混炼、成型、硫化、粘结等采用与其他橡胶相同的方法进行。电线成型时,可将橡胶被覆到芯线上后用有机过氧化物硫化。为了补强,还可将耐热、耐溶剂性好的乙烯 -四氟乙烯共聚物树脂熔融共混后再辐射交联。
2.4 用途及展望
TFE-P 系橡胶由于其的电气性能,主要用于耐热电线,处在其他橡胶取代的位置。另外,随着高性能化引擎油的大规模使用, FKM 将应付其中的胺类添加剂,而耐寒性良好的三元系 TFE-P 橡胶将有望解决此类问题。
3 全氟橡胶
一般的氟橡胶聚合物中含有大量碳氢集团,在化学品腐蚀及其它严苛的条件下容易劣化。四氟乙烯与全氟烷基乙烯醚共聚所得的氟橡胶中氢原子被氟原子取代,因而具有优良的耐热、耐腐蚀性能。
3.1 合成方法
全氟橡胶的制造工业上依然采用乳液聚合方法。得到的产品具有全氟结构,硫化部位也具有与聚合物相同的耐热耐腐蚀性。四氟乙烯-全全氟烷基乙烯醚共聚物中,全氟碳氰化物基团少量聚合进入共聚物作为硫化部位。利用全氟烷基碘化物作为链转移及也可适当引入硫化部位。
3.2 硫化方法
与其它氟橡胶一样,加入填充料、硫化剂、硫化促进剂等混合后硫化。以四苯基锡作为催化剂,硫化过程中氰基形成了三聚体的三嗪环。此法硫化速度慢,难成型。
以碘为硫化部位的硫化方法较全氟氰基硫化法硫化性好, 但有机过氧化物与硫化助剂中的碳氢化合物部分有可能进入聚合物结构。
3.3 产品性能及加工成型
全氟橡胶是合成橡胶中耐溶剂性能好的一种,仅对氟利昂有较小程度的溶胀,但永久压缩变形性较其他橡胶要差得多。其耐热性和耐寒性因工具单体及硫化方法的不同有所差别:如六氟甲基乙烯基醚( PMVE)共聚橡胶耐热性好, Tg 高,耐寒性较差;长链全氟烷基乙烯醚共聚的橡胶耐寒性好但耐热性较 PMVE 差。
全氟橡胶的成型加工基本上可采用与其他氟橡胶相同的方法,但由于其硫化性能差,因而难成型。
3.4 用途及展望
目前,全氟橡胶主要发挥其耐化学腐蚀的特性,作为半导体产业密封材料以及化学、是有化学工厂中的密封材料。该材料应用受到限制的大原因便是材料价格太高,如何在改良其加工成型性能和压缩永久变形是未来重要的课题。
4 氟硅橡胶( FVMQ )
氟硅橡胶主链上有硅氧键,侧链上有三氟烷基,耐热及耐寒性能优良,可使用温度范围宽。
4.1 合成方法
氟硅橡胶是采用本体聚合,用环状硅氧烷开环聚合合成的。碱性催化剂作用下,一般用三氟丙基甲基硅氧烷聚合制得,中和催化剂停止反应。用有机过氧化物硫化,因而可共聚入少量甲基乙烯基硅氧烷作为硫化部位。采用低分子量直链硅氧烷作为链转移剂调节分子量。市售氟硅胶的分子量从数万到数十万范围不等。
4.2 硫化方法
氟硅橡胶的硫化方法有两类:过氧化物硫化和常温固化。
过氧化物硫化时,硫化部位是共聚物中反应活性高的乙烯基(甲基乙烯基硅氧烷中) ,因此硫化速度快,不需要硫化促进剂。
常温固化是基于硅烷醇缩合的硫化形式。锡催化剂作用下,空气中的水分将固化剂水解成硅烷醇,与聚合物末端的硅烷醇缩合达到固化效果。由于反应是从材料表面到深处发展进行的,固化时间较长。
4.3 产品性能
耐热性、耐化学品性、耐油性及机械性能较其他氟橡胶稍差,但其兼具氟与硅两者的优点。耐燃油性优秀,使用温度范围为-60℃~200 ℃,对甲醇溶胀小。
4.4 用途及展望
主要集中在以隔膜及单向阀等与燃料有关的器件为中心应用领域。
5 含氟膦腈橡胶( FPz)
FPz主链含磷与氮的耐寒氟橡胶。
5.1 合成方法
环状二氯代膦腈开环聚合,用氟烷基取代氯原子得到。
5.2 硫化方法
聚合物中导入少量不饱和基用以作为硫化部位,可用过氧化物或放射线硫化。
5.3 用途及展望
含氟膦腈橡胶的使用温度范围为 -60℃~170℃,温度依赖性小,在宽温度范围内能保持良好的稳定性,常用于军事、宇宙、航空产业方面耐燃油的密封材料。
6 热塑性氟弹性体
氟橡胶通常需要用硫化剂及各种助剂加以混炼,成型方法复杂,因此,开发与热塑性氟弹性体十分必要。热塑性弹性体是兼有相交成分软连段和树脂成分硬链段的嵌段共聚物。共聚物中同时含有结晶性的树脂链段和柔软的橡胶链段,冷却时,由于硬段的作用,软段好似被交联起来,因而不需要硫化。
6.1 合成方法
以 Daiel TPE 为例,将作为软段的偏氟乙烯( VDF)的共聚物体系与不同品种的可作为硬段的含氟单体,用碘转移聚合(活性自由基聚合)进行嵌段共聚。
而 Cefral soft 则是先在偏氟乙烯共聚体系主链中引入过氧化基团,再进一步让过氧化基团热分解,从而将单一偏氟乙烯树脂成分接枝到主链上去。
6.2 用途及展望
热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理机械性能和软质塑料的工艺加工性能。由于不需再经过热硫化,因而使用简单的塑料加工机械即可制成产品。这一特点使生产流程缩短了 l/4,节约能耗 25%~40%,提率 10~20 倍。热塑性弹性体不仅可以取代部分橡胶,还能使塑料得到改性。