Токопроводящая клеевая композиция
Владельцы патента RU 2308105:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение относится к области электротехники, в частности к токопроводящим клеевым композициям на основе эпоксидных смол, которые обладают высокой электропроводностью и высокой прочностью клеевых соединений при температурах от -60°С до 150°С, предназначенных для использования в приборной технике и микроэлектронике. Токопроводящая клеевая композиция включает, в мас.ч.: азотсодержащую эпоксидную смолу 100, отвердитель - изометилтетрагидрофталевый ангидрид или низкомолекулярный полиамид - 40-80, электропроводящий наполнитель - никель карбонильный - 416-475, эпоксидную алифатическую смолу - 15-25, органический растворитель - 15-25 и (трис-2,4,6-диметиламинометил) фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана - 0,5-2,5. Техническим результатом изобретения является повышение прочности при сдвиге клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С при сохранении высокого уровня электропроводности клеевой композиции. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к области токопроводящих клеевых композиций на основе эпоксидных смол, обладающих высокой электропроводностью и высокой прочностью клеевых соединений при температурах от -60°С до 150°С, предназначенных для использования в приборной технике и микроэлектронике.
Известна токопроводящая клеевая композиция, включающая эпоксидную смолу, отвердитель, олигомерный модификатор, 2,3-эпокситетрагидродициклопентадиенил-капронат и порошок тонкодисперсного серебра (патент РФ №1628508).
Недостатком известной токопроводящей клеевой композиции является невысокий уровень прочности клеевых соединений, и, кроме того, данная композиция содержит в качестве наполнителя драгоценный металл (порошок серебра).
Известна также электропроводящая клеевая композиция, включающая 1,2-эпоксипропиловый эфир аминобензойной кислоты, продукт конденсации 1,1-ди-(оксиметил)-3-циклогексена с эпихлоргидрином, низкомолекулярный полиамид, диацетоновый спирт, 2,4,6-трис(диметиламинометил)-фенол и никель карбониловый (авт. свид. СССР №1641849).
Недостатком известной электропроводящей композиции является невысокий уровень прочности клеевых соединений при сдвиге при температурах до 80°С, а также недостаточный уровень токопроводности.
Известен электропроводный клей, включающий эпоксидную смолу, выбранную из группы: полиглицидиламинофенильная смола или полиглицидиловый эфир полиформальдегидной новолачной смолы, аминный катализатор и электропроводные частицы серебра (патент США №5087314).
Недостатком известного электропроводного клея являются невысокие прочностные свойства.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является полимерная композиция для клеев следующего химического состава, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола | 10,5-11,5 |
| Отвердитель | 4,0-10,0 |
| 3-хлор-2-бутенилфурфуриловый эфир | 2,5-10,0 |
| Электропроводящий наполнитель | 68,5-83,0 |
(авт. свид. СССР №979450).
Недостатком полимерной композиции-прототипа является невысокий уровень прочности при сдвиге клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С.
Технической задачей изобретения является повышение прочности при сдвиге клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С при сохранении высокого уровня электропроводности клеевой композиции.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предлагается токопроводящая клеевая композиция, включающая эпоксидную смолу, отвердитель и электропроводящий наполнитель, которая в качестве эпоксидной смолы содержит азотсодержащую эпоксидную смолу, в качестве отвердителя - изометилтетрагидрофталевый ангидрид или низкомолекулярный полиамид, в качестве электропроводящего наполнителя - никель карбонильный, и дополнительно содержит эпоксидную алифатическую смолу, органический растворитель и (трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| азотсодержащая эпоксидная смола | 100 |
| эпоксидная алифатическая смола | 15-25 |
| указанный отвердитель | 40-80 |
| (трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол | |
| или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана | |
| и β-аминоизопропилтриэтоксисилана | 0,5-2,5 |
| органический растворитель | 15-25 |
| никель карбонильный | 416-475 |
В качестве азотсодержащей эпоксидной смолы токопроводящая клеевая композиция содержит продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина или продукт конденсации анилина и эпихлоргидрина.
В качестве эпоксидной алифатической смолы она содержит продукты конденсации многоатомных спиртов и эпихлоргидрина.
В качестве низкомолекулярного полиамида она содержит продукты конденсации полиэтиленполиамина с димеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла или с синтетическими жирными кислотами льняного масла.
В качестве органического растворителя клеевая композиция содержит ацетон, диацетоновый спирт или изопропиловый спирт.
В составе токопроводящей клеевой композиции могут быть использованы эпоксидные азотсодержащие смолы, например, продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина (смола УП-610 по ТУ 2225-606-11131395-2003), с массовой долей эпоксидных групп не менее 33%, массовой долей омыляемого хлора не более 2%, а также, например продукт конденсации анилина и эпихлоргидрина (смола ЭА по ТУ 2225-606-11131395-2003) с динамической вязкостью при 25°С 0,35 Па·с, массовой долей эпоксидных групп не менее 31,2%, массовой долей омыляемого хлора не более 1,5%. В качестве эпоксидных алифатических смол, выступающих в роли активных разбавителей, могут быть использованы продукты конденсации многоатомных спиртов с эпихлоргидрином, например, продукт конденсации диэтиленгликоля с эпихлоргидрином (смола ДЭГ-1 по ТУ 2225-527-00203521-98) с динамической вязкостью при 25°С 0,07 Па·с, массовой долей эпоксидных групп не менее 26,0%, массовой долей омыляемого хлора не более 1,4, или продукт конденсации триэтиленгликоля с эпихлоргидрином (смола ТЭГ-1 по ТУ 2225-527-00203521-98) с динамической вязкостью при 25°С 0,09 Па·с, массовой долей эпоксидных групп не менее 22,0%, массовой долей омыляемого хлора не более 1,4.
В качестве отвердителя в заявляемом изобретении может быть использован изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид (изо-МТГФА) по ТУ 38.103149-85 с массовой долей основного вещества не менее 98%, вязкостью по вискозиметру В3-4 при 20°С не более 30 с, продолжительностью желатинизации в пределах 2-5,5 ч, массовой долей кислоты (в составе основного вещества) не более 3,5% или низкомолекулярный полиамид, например, продукт конденсации полиэтиленполиамина с димеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла (смола ПО-300) по ТУ 2224-092-05034239-96 с аминным числом в пределах 280-310 мг КОН/г вещества, массовой долей свободного амина в пределах 1-4%, условной вязкостью по вискозиметру ВЗ-246 60%-ого раствора смолы в ксилоле при 20°С в пределах 20-30 с или продукт конденсации полиэтиленполиамина с синтетическими жирными кислотами льняного масла (смола Л-20) по ТУ 6-06-1123-98 с аминным числом в пределах 175-220 мг HCl/г вещества, условной вязкостью при 20°С в пределах 15-85 с, динамической вязкостью в пределах 5-25 Па·с.
В качестве растворителя могут быть использованы ацетон (ГОСТ 2768-84), диацетоновый спирт (ТУ 6-09-08-1957-88) или изопропиловый спирт (ГОСТ 9805-84).
В предложенной композиции в качестве ускорителя процесса отверждения могут быть использованы 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол (УП-606/2) по ТУ 6-00209817.035-96 с массовой долей основного вещества в пересчете на 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол не менее 95,5% и показателем преломления η20 D пределах 1,5160-1,5200 или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана (АГМ-9) по ТУ 6-02-724-73 с содержанием основного вещества не менее 90 вес.%, содержанием тетраэтоксисилана не более 5 вес.% и плотностью при 20°С 0,947-0,957 г/см3.
В качестве токопроводящего наполнителя использован порошок карбонильного никеля (ПНК-1л5) по ГОСТ 9722-97 с насыпной плотностью 1,19 г/см и количеством частиц менее 10 мкм 89,89%.
Сочетание смеси азотсодержащей и алифатической эпоксидных смол с отвердителем (изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид или низкомолекулярный полиамид), ускорителем процесса отверждения (2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана), растворителем - диацетоновым спиртом и токопроводящим наполнителем - карбонильным никелем позволило повысить прочность клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С при сохранении высокого уровня электропроводности клеевой композиции.
Примеры осуществления
Клеевые композиции по примерам 1-3 готовили путем смешения всех компонентов в указанной последовательности, перемешивая композицию после введения каждого из компонентов.
Составы клеевой композиции по примерам 1-3 представлены в таблице 1.
Клеевые композиции по примерам 1-3 наносили на подготовленную под склеивание (зашкуренную, травленую) поверхность шпателем и выдерживали для частичного удаления растворителя (10-15) мин.
Склеивание проводили при температуре (80-120)°С в течение 3 часов при удельном давлении (0,5-1) кгс/см2.
Прочностные характеристики клеевых соединений определяли по ГОСТ 14759-69 на образцах, изготовленных из стали 12Х18Н9Т (травленая), латуни Л63 (зашкуренная). Свойства клеевых композиций по примерам 1-3 приведены в таблице 2.
| Таблица 1. | |||||
| Наименование компонентов | Состав, масс.ч., по примерам: | Прототип | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Смола эпоксидная азотсодержащая: продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина | 100 | - | 100 | - | - |
| продукт конденсации анилина и эпихлоргидрина | - | 100 | - | - | - |
| Смола эпоксидная диановая: | |||||
| ЭД-20 | - | - | - | 100 | - |
| ЭД-16 | - | - | - | - | 100 |
| Смола эпоксидная алифатическая: продукт конденсации диэтиленгликоля с эпихлоргидрином | 25 | - | 20 | - | - |
| продукт конденсации триэтиленгликоля с эпихлоргидрином | - | 15 | - | - | - |
| Ангидридный отвердитель: | |||||
| изо-метилтетрагидрофталевый ангидрид | - | - | 60 | - | - |
| 4-хлор-1,2,3,6-тетрагидрофталевый ангидрид | - | - | - | 87,0 | - |
| Низкомолекулярный полиамид: | |||||
| продукт конденсации полиэтиленполиамина с метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла | 80 | - | - | - | 38,1 |
| продукт конденсации полиэтиленполиамина с синтетическими жирными кислотами электрохимического синтеза | - | 40 | - | - | - |
| Органический растворитель: | |||||
| ацетон | 25 | - | - | - | - |
| диацетоновый спирт | - | 15 | - | ||
| изопропиловый спирт | - | - | 20 | ||
| Ускоритель: | |||||
| 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол | - | 2,5 | - | - | - |
| смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилана | 1,5 | - | 0,5 | - | - |
| Порошок никеля карбонильного | 475 | 416 | 420 | 596,7 | - |
| Порошок никеля электролитического | - | - | - | - | 790,5 |
| 3-хлор-2-бутенилфурфуриловый эфир | - | - | - | 87,0 | 23,8 |
| Таблица 2. | |||||
| Показатели | Предлагаемая токопроводящая композиция по примерам | Прототип | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Прочность при сдвиге, кгс/см2, при температуре | |||||
| 20°С латунь-латунь | 158 | 162 | 153 | 112 | 111 |
| сталь-сталь | 197 | 193 | 198 | 116 | 113 |
| 100°С лат.-лат. | 102 | 107 | 106 | 89 | 75 |
| сталь-сталь | 125 | 130 | 132 | 92 | 80 |
| 150°С лат.-лат. | 55 | 52 | 51 | 40 | 22 |
| сталь-сталь | 63 | 65 | 64 | 43 | 24 |
| Удельное объемное электросопротивление, Ом·м | 1,2·10-5 | 1,4·10-5 | 1,3·10-5 | 1,2·10-5 | 1,4·10-5 |
Как видно из таблицы 2, предложенная токопроводящая композиция в сравнении с композицией-прототипом обеспечивает повышение прочности клеевых соединений латунь-латунь при температуре 20°С на 40%, при 100°С на 25%, при 150°С на 70%, клеевых соединений сталь-сталь при температуре 20°С на 70%, при 100°С на 50%, при 150°С на 90%. Качественное и количественное соотношение компонентов токопроводящей клеевой композиции позволяют достичь технического результата: повышение прочности при сдвиге клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С при сохранении высоких электропроводных показателей на уровне полимерной композиции-прототипа. Выход за пределы предложенного соотношения компонентов токопроводящей клеевой композиции снижает прочность клеевых соединений в указанном интервале температур. Введение в состав предложенной токопроводящей клеевой композиции эпоксидных диановых смол ЭД-20 и ЭД-16 приводит к снижению прочностных показателей клеевых соединений при температурах от 20 до 150°С.
Кроме того, высокая степень наполнения композиции-прототипа отрицательно сказывается на технологичности композиции, что в свою очередь затрудняет ее применение в приборной технике и микроэлектронике.
Представленная токопроводящая клеевая композиция, обладая хорошей технологичностью, высокой электропроводностью и высокой прочностью клеевых соединений при температурах от -60°С до 150°С, обеспечивает надежность клеевых соединений в приборной технике и микроэлектронике.
1. Токопроводящая клеевая композиция, включающая эпоксидную смолу, отвердитель и электропроводящий наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидной смолы она содержит азотсодержащую эпоксидную смолу, в качестве отвердителя - изометилтетрагидрофталевый ангидрид или низкомолекулярный полиамид, в качестве электропроводящего наполнителя - никель карбонильный, и дополнительно содержит эпоксидную алифатическую смолу, органический растворитель и (трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол или смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и β-аминоизопропилтриэтоксисилина при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| азотсодержащая эпоксидная смола | 100 |
| эпоксидная алифатическая смола | 15-25 |
| указанный отвердитель | 40-80 |
| (трис-2,4,6-диметиламинометил)фенол или | |
| смесь изомеров γ-аминопропилтриэтоксисилана и | |
| β-аминоизопропилтриэтоксисилана | 0,5-2,5 |
| органический растворитель | 15-25 |
| никель карбонильный | 416-475 |
2. Токопроводящая клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве азотсодержащей эпоксидной смолы она содержит продукт конденсации п-аминофенола и эпихлоргидрина или продукт конденсации анилина и эпихлогидрина.
3. Токопроводящая клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эпоксидной алифатической смолы она содержит продукты конденсации многоатомных спиртов и эпихлоргидрина.
4. Токопроводящая клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве низкомолекулярного полиамида она содержит продукты конденсации полиэтиленполиамина с диамеризованными метиловыми эфирами жирных кислот соевого масла или с синтетическими жирными кислотами льняного масла.
5. Токопроводящая клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве органического растворителя она содержит ацетон, диацетоновый спирт или изопропиловый спирт.
