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硬核干貨:導(dǎo)電膠導(dǎo)電原理及五大基本配方解密

2022-03-07 10:03   瀏覽:1490

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導(dǎo)電膠也叫導(dǎo)電銀漿,可以分為聚合物導(dǎo)電漿料和燒結(jié)型銀導(dǎo)電漿料,其區(qū)別在于前者以聚合物作為粘結(jié)相,后者以玻璃或氧化物作為粘結(jié)相。

穿流理論

當(dāng)導(dǎo)電填料的填充量達(dá)到一定量后,原本處于獨(dú)立分散狀態(tài)的金屬導(dǎo)電粒子開始相互接觸,形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使導(dǎo)電膠具有導(dǎo)電性能。可以認(rèn)為導(dǎo)電膠的電阻是內(nèi)部一系列電阻的串并聯(lián)總和,也就是金屬導(dǎo)電粒子本身的電阻和金屬粒子之間形成的串并聯(lián)電路網(wǎng)絡(luò)所具有的電阻的總和。穿流理論主要的不足在于不能解釋導(dǎo)電膠只有在基體樹脂固化后才能表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性能的事實(shí)。所以有人提出了第二種理論。

隧穿效應(yīng)

該理論著重點(diǎn)是聚合物的絕緣性,認(rèn)為金屬粒子上一般覆蓋了一層絕緣的聚合物薄膜,粒子與粒子之間很難直接的接觸,只有通過粒子之間的電子跳躍,電子才能穿過絕緣層,達(dá)到傳導(dǎo)的效果(即隧穿效應(yīng))??梢岳斫鉃樵跇渲袒郧?,片狀銀粉在樹脂中松散分布,且銀表面覆蓋著一層絕緣的聚合物薄膜,這時(shí)導(dǎo)電膠是絕緣的;在樹脂固化過程中,隨著溶劑的揮發(fā)和樹脂體積的收縮,填料粒子開始部分地聚集在一起,形成穩(wěn)定連續(xù)的接觸;其中樹脂的收縮使填料粒子間產(chǎn)生了足夠的壓力,粒子與粒子之間的接觸更為緊密,這是導(dǎo)電膠電導(dǎo)建立的主要原因。

導(dǎo)電膠的組成

導(dǎo)電膠主要由樹脂基體、導(dǎo)電粒子和分散添加劑、助劑等組成。基體主要包括環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚氯酯等。雖然高度共軛類型的高分子本身結(jié)構(gòu)也具有導(dǎo)電性,如大分子吡啶類結(jié)構(gòu)等,可以通過電子或離子導(dǎo)電 ,但這類導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性最多只能達(dá)到半導(dǎo)體的程度,不能具有像金屬一樣低的電阻,難以起到導(dǎo)電連接的作用。市場上使用的導(dǎo)電膠大都是填料型。

填料型導(dǎo)電膠的樹脂基體,原則上講,可以采用各種膠勃?jiǎng)╊愋偷臉渲w,常用的一般有熱固性膠黏劑如環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂等膠黏劑體系。這些膠黏劑在固化后形成了導(dǎo)電膠的分子骨架結(jié)構(gòu),提供了力學(xué)性能和粘接性能保障,并使導(dǎo)電填料粒子形成通道。由于環(huán)氧樹脂可以在室溫或低于150℃固化,并且具有豐富的配方可設(shè)計(jì)性能,環(huán)氧樹脂基導(dǎo)電膠占主導(dǎo)地位。

導(dǎo)電膠要求導(dǎo)電粒子本身要有良好的導(dǎo)電性能粒徑要在合適的范圍內(nèi),能夠添加到導(dǎo)電膠基體中形成導(dǎo)電通路。導(dǎo)電填料可以是金、銀、銅、鋁、鋅、鐵、鎳的粉末和石墨及一些導(dǎo)電化合物。

導(dǎo)電膠中另一個(gè)重要成分是溶劑。由于導(dǎo)電填料的加入量至少都在50% 以上,所以導(dǎo)電膠的樹脂基體的黏度大幅度增加,常常影響了膠黏劑的工藝性能。為了降低黏度,實(shí)現(xiàn)良好的工藝性和流變性,除了選用低黏度的樹脂外,一般需要加入溶劑或者活性稀釋劑,其中活性稀釋劑可以直接作為樹脂基體,反應(yīng)固化。溶劑或者活性稀釋劑的量雖然不大,但在導(dǎo)電膠中起到重要作用,不但影響導(dǎo)電性,而且還影響固化物的力學(xué)性能。常用的溶劑(或稀釋劑)一般應(yīng)具有較大的分子量,揮發(fā)較慢,并且分子結(jié)構(gòu)中應(yīng)含有極性結(jié)構(gòu)如碳一氧極性鏈段等。溶劑的加入量要控制在一定范圍內(nèi),以免影響導(dǎo)電膠膠體的膠接整體性能。

除樹脂基體、導(dǎo)電填料和稀釋劑外,導(dǎo)電膠其他成分和膠黏劑一樣,還包括交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、防腐劑、增韌劑和觸變劑等。

導(dǎo)電膠配方參考

4.1 常規(guī)配方參考及各成分作用

圖片

4.2 高導(dǎo)電導(dǎo)熱導(dǎo)電膠配方

數(shù)據(jù)來源于專利CN105315943A

雙酚A型環(huán)氧樹脂30份
石墨烯2份

酚醛樹脂10份
氮化硼2份

二氧化硅氣凝膠1.5份
稀釋劑3份

固化劑1份
偶聯(lián)劑2份

促進(jìn)劑0.5份。

關(guān)鍵材料作用:環(huán)氧樹脂主要起粘結(jié)固定作用,石墨烯使得導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性提高,石墨烯納米片和氮化硼納米片使導(dǎo)電膠具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能,二氧化硅氣凝膠使得該導(dǎo)電膠的力學(xué)性能得到改善,抗沖擊性能大大提高,且其耐熱性能增加。

原料性能介紹:納米六方氮化硼是一種類石墨烯的二維材料,而同時(shí)也是一種性能優(yōu)異并具有很大發(fā)展?jié)摿Φ男滦吞沾刹牧?,因其具有高溫抗氧化性、耐輻射、高?dǎo)熱率、高溫潤滑性、介電性能和絕緣性能良好的特點(diǎn),在冶金、航天航空、電子和核工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。六方氮化硼粉體材料是基于二維的氮化硼納米片通過空間交聯(lián)形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),除了具有二維氮化硼納米片的性質(zhì),三維氮化硼納米材料在空間導(dǎo)熱,催化劑載體及吸聲防震等。

4.3 碳納米管改性導(dǎo)電膠配方

數(shù)據(jù)來源專利CN105254993A

納米銀膠體1份

納米銅膠體1份

碳納米管2份

氯化鈀1份

離子液體5份

油酸修飾的四氧化三鐵磁性納米顆粒1份

氧化鋅納米線3份

基礎(chǔ)樹脂40份

填充油8份

潤滑劑0.5份

無機(jī)填料2.5份

抗氧化劑0.01份。


4.4 雙組份加成型防沉降導(dǎo)電硅膠配方

數(shù)據(jù)來源專利CN105199623A

圖片

備注:基料由分子量為2W的乙烯基硅油:50份;分子量為10W的乙烯基硅油:50份;疏水型白炭黑R972:60份;六甲基二硅氮烷:5份;蒸餾水:0.5份脫水共混制得,所述改性純銀導(dǎo)電粉是指表面包裹有硅烷偶聯(lián)劑A-171的純銀導(dǎo)電粉。

4.5 天然可生物降解的醫(yī)用導(dǎo)電膠配方

數(shù)據(jù)來源專利CN105199631A

9.5%海藻酸鈉

3.0%滲透劑

0.3%防腐劑

87.2%純化水


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