Широкое применение эпоксидных смол обусловлено исключительно ценным комплексом свойств, присущих этой группе I искусственных соединений Основные положительные качества эпоксидных смол заключаются в том, что на их основе получают жидкие и твердые материалы, которые отверждаются как при комнатной, так и при повышенной температуре без образования пузырей .
В качестве отвердителей для эпоксидных смол могут быть использованы алифатические и аромагические амины, пиперидин и ангидриды кислот. Алифатические амины– диэтилентриамин и триэтилентетрамин– характеризуются тем, что при добавлении их в эпоксидную смолу отверждение ее происходит при комнатной температуре. Однако при повышенных температурах наблюдается ухудшение электрофизических свойств пластмасс. Добавление к эпоксидным смолам ароматических аминов– метафенилендиамина, метилендиамина или диаминдифенила– позволяет получать пластмассы, отверждение которых происходит при повышенной температуре (40—60°С), и использовать их при более высоких рабочих температурах, чем смолы с алифатическими аминами. Введение в эпоксидную смолу пиперидина дает температуру отверждения порядка 100°С. Для получения пластмасс, стойких к повышенным температурам, в эпоксидную смолу добавляют ангидриды кислот (например, гидрид метилгексановой кислоты).
Отвердители придают эпоксидной смоле определенные специфические свойства, необходимые для конкретных целей применения. Свойства эпоксидных смол после введения в них отвердителей зависят не только от рода отвердителя, но и от его количества. Избыток отвердителя (как и его недостаток) может отразиться на свойствах конечного продукта. Так избыток аминов, особенно с высокой температурой кипения, приводит к тому, что полученные пластмассы способны вызывать коррозию некоторых металлов (меди, латуни и др.). Количество отвердителя может отразиться также на физико-механических и электрических свойствах отверждённой смолы. Таким образом, в зависимости от вида и количества введенного в смолу отвердителя можно получать термореактивные продукты с высокой химической стойкостью, механической прочностью и стабильностью электрических параметров.
Для отверждения эпоксидных смол широкое применение находят следующие материалы (Отвердители)
Диэтилентриамин (ДЭТА) — жидкость жёлтого цвета Молекулярная масса 103 Температура кипения 206.°С. Содержит 27,2% первичных аминов и 12,8% -вторичных Температура совмещения лежит в пределах от 20 до 40°С Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 8 до 12 ч продукта Время отверждения при 100° С равно 6 ч
Гексаметилендиамин (ГМДА)—жидкость темно-жёлтого цвета Молекулярная масса 116 Температура плавления 42°С, а кипения 200°С. Содержит 24% азота Температура совмещения лежит в пределах от 40 до 60° С Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 10 до 15 ч продукта Время отверждения при 25°С равно 5 сут, при 80°С—10 ч, при 120°С—3 ч
М-Фенилендиамин (МФДА) - жидкость жёлтого цвета Молекулярная масса 108 Температура плавления 60°С, а кипения 280.°С Температура совмещения лежит в пределах от 60 до 90.° С. Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 10 до 14 ч продукта Время отверждения при температуре 80°С равно 8 ч, а при 120°С—2 ч
Дициандиамид (ДЦДА) — бесцветная жидкость. Молекулярная масса 84 Температура плавления 200.°С. При нагревании разлагается. Содержит 65% азота Температура совмещения лежит в пределах от 150 до 170°С. Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 15 до 20 ч продукта Время отверждения при температуре 170°С равно 40 мин
Триэтаноламин (ТЭА) — бесцветная жидкость. Молекулярная масса 149 Температура кипения лежит в диапазоне от 170 до 225°С, а температура совмещения—в диапазоне от 40 до 80.°С. Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 15 до 20 ч продукта Время отверждения при температуре от 80 до 100°С равно 6 ч.
Диметиланилин (ДМА) — жидкость коричневого цвета. Молекулярная масса 121 Температура кипения 192°С. Температура совмещения 60°С. Для отверждения 100 ч смолы необходимо от 0,05 до 0,5 ч продукта Время отверждения при температуре 20°С равно 8 ч.
Отвердитель Л 18—прозрачная вязкая жидкость от жёлтого до темно-коричневого цвета. Для отверждения 100 ч. смолы, используют от 20 до 80 ч. продукта.
Малеиновый ангидрид (МА) С4НаОз — бесцветные/ игольчатые кристаллы или чешуйки белого цвета, растворимые в воде. Молекулярная масса 98,06. Выпускается марка ЧДА. Температура плавления 52—54°С. Температура совмещения лежит в пределах от 55 до 60°С. Для отверждения 100 ч. смолы необходимо 0,85—1 ч. продукта. Время отверждения при 120°С равно 2 ч, а при 150° С—10 ч.
Фталевый ангидрид (ФА) С8Н40з — порошок белого цвета. Молекулярная масса 148,11. Температура начала плавления 130°С. Температура совмещения лежит в пределах от 135 до 145°С. Для отверждения 100 ч. смолы необходимо 3 ч. ангидрида. Время отверждения при 120—150°С равно нескольким часам.
Метилтепрагидрофталевый ангидрид (МТГФА)—белый кристаллический порошок или белые с кремовым оттенком чешуйчатые пластинки. Растворяется в эфире, ацетоне. Труднее растворяется в спирте. Не растворяется в воде. Молекулярная масса 166,179. Температура плавления 60—65°С. Вязкость при температуре 90°С равна 30 сСт. Температура совмещения лежит в пределах от 60 до 80°С. Для отверждения 100 ч. смолы необходимо 4 ч. продукта. Время отверждения при 120°С равно 3 ч, а при 150°С—15 ч. Применяется в качестве отвердителя при горячем отверждении эпоксидных смол или составов на их основе. Выпускается марка Ч с содержанием чистого продукта 99%.
Тетрагидрофталевый ангидрид (ТГФА) — кристаллический порошок белого цвета. Молекулярная масса 152. Температура плавления 98—101°С. Температура совмещения лежит в пределах от 100 до 110° С. Для отверждения 100 ч. смолы необходимо от 2 до 4 ч. продукта. Время отверждения при 120°С равно 2 ч, при 130° С—3 ч, а при 150° С—6 ч.
Отвердитель УП-575 — жидкость от светло - до темно-коричневого цвета, продукт конденсации гексаметилендиамина с циклогексаноном. Показатель преломления лежит в пределах от 1,49 до 1,51. Применяют для приготовления пластмассы с температурой отверждения выше 20° С. Увеличивает жизнеспособность композиций.
Отвердитель АФ-2—вязкая жидкость красно-коричневого цвета, продукт на основе фенолэтилендиамина и формалина.
Компаунды на основе эпоксидных смол.
Эпоксидные компаунды представляют собой продукты модификации эпоксидных смол отвердителями, пластификаторами и наполнителями. При введении модифицирующих веществ изменяются свойства эпоксидных смол: снижается их вязкость, изменяется жизнеспособность, претерпевают изменения физико-механические и электрические свойства. Таким образом, эпоксидные компаунды представляют собой двух-, трех- и четырехкомпонентные системы, в которых первая и вторая составляющие (смола и отвердитель) являются постоянными, а третья и четвертая (пластификатор и наполнитель) вводятся для получения определенных свойств пластмассы.
В качестве пластификаторов, уменьшающих хрупкость компаундов, используют полиэфиры, дибутилфталаты, диоктилсебацинаты, трикрезилфосфаты, трифенилфосфаты и др. Количество вводимых пластификаторов обычно колеблется в пределах от 5 до 30% по отношению к массе смолы.
Наполнители (песок, кварц, тальк, слюда и др.) улучшают механические и термические свойства компаундов и вводятся в их состав обычно в больших количествах (до 300% по отношению к массе смолы).
Эпоксидные компаунды обладают хорошей адгезией ко многим материалам и имеют малую усадку, колебания которой от 0,4 до 2,5% зависят от условий отверждения и состава компаунда. В производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем для герметизации кристаллов с р-n-переходами широко применяют следующие эпоксидные компаунды: эпоксидно-полиэфирные (К-115, К-201, К-168, К-176, Д-2, Д-4. Д-19, ЭЗК-11, ЭЗК-12), эпоксидно-тиоколевые (К-153 и др.), эпоксидно-каучковые (К-139 и др.), эпоксидно-кремнийорганические (ЭФП-60, ЭФП-61, ЭФП-62, ЭФП-63, ЭФП-64, ЭФП-65, ЭКБТ-103, БЭТА-1, КЖ-25, ЭКМ, ЭЦД, ЭКП-200).
Компаунды МБК-1 и МБК-3 — высокомолекулярные полимерные соединения с добавкой химически активного компонента – отвердителя, широко применяемые для защиты германиевых p-n-переходов. Перед использованием компаунды вакуумируют – обрабатывают под вакуумом. Плёнка компаунда МБК-1 после полимеризации в течение 10-12 часов при температуре 80-1000С твёрдая, а компаунда МБК-3 эластичная, поэтому устойчивость компаунда МБК-3 к термоциклам значительно выше. Термостойкость компаундов невысока — около 1500С. Удельное объёмное сопротивление компаунда МБК-3 —1012-1013 Ом*см. Компаунды обладают хорошей адгезией к германию и удовлетворительной влагостойкостью. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 50 Гц и температуре 200С равен 6*10-2 — для МБК-1 и 5*10-2 — для МБК-3. Диэлектрическая проницаемость при тех же условиях соответственно равна 3,3 и 4. Электрическая прочность лежит в пределах 15–25 кВ/мм при толщине плёнки 1-1,5 мм температуре 200С.
Компаунды ГК и ГКН — предназначены для пассивации и защиты p-n-переходов полупроводниковых приборов, работающих при температурах от –60 до +2200С. По внешнему виду компаунд ГК (Г– гидридсодержащий, К– компаунд) — бесцветная мутная, а компаунд ГКН (Н – с наполнителем) светло-серая жидкость. Плёнка компаундов после полимеризации — выдержке при комнатной температуре 20 ч, а затем при 1100С – 2 ч и при 1500С не менее 5 ч – эластичная. Удельное объёмное сопротивление при 200С соответственно равно 1014 и 1015 Ом*см. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 106 Гц равен 3*10-3, а диэлектрическая проницаемость на той же частоте –3,5. Электрическая прочность 25 кВ/мм.
Компаунд К-115 — прозрачная жидкость от светло-жёлтого до коричневого цвета, продукт модификации смолы ЭД-5 полиэфиром МГФ-9. Содержит 2,5% летучих примесей. Жизнеспособность при 20°С равна 2 ч. Отверждение проводят по одному из режимов: при комнатной температуре—24 ч, при 60° С— 10—12 ч, при 80° С—8—10 ч, при 100° С—6 ч, при 120°С —3 ч. Предел прочности отвержденного компаунда при сжатии равен (1,1—1,4)*108 Н/м2, а при изгибе (0,9-1,3)*108 Н/м2. За 24 ч поглощает 0,04% влаги и 0,4% ацетона. Удельное объёмное электрическое сопротивление 1015 Ом*см. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 106 Гц при температуре 20°С равен 0,02, а диэлектрическая проницаемость при тех же условиях равна 4. Электрическая прочность 25 кВ/мм. Теплостойкость 100° С.