Способ отверждения эпоксидных компаундов

Изобретение относится к области обработки пластических материалов, в частности к технологии переработки полимерных материалов, и предназначено для получения герметизирующих покрытий в производстве бескорпусных полупроводниковых приборов. Технической задачей изобретения является оптимизация режимов отверждения герметизирующих эпоксидных компаундов. Поставленная задача решается тем, что способ отверждения эпоксидных компаундов, основанный на термообработке этих компаундов, отличающийся тем, что термообработку эпоксидных компаундов ведут по ступенчатому режиму, который выбирают в соответствии с линейным характером зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп компаунда от логарифма времени термообработки до исчезновения эпоксидных реакционно-способных групп компаунда, при этом концентрация эпоксидных реакционно-способных групп определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) как пропорциональная теплоте отверждения или методом инфракрасной-Фурье спектроскопии (ИФК) - как пропорциональная площади пика аппроксимации Гаусса участка спектра диффузного отражения после преобразования Кубелка-Мунка. Эпоксидные компаунды, термообработанные по предложенному способу, устойчивы к воздействию внешней среды и в течение длительного времени не меняют свои химические, физические и теплофизические свойства, так как не имеют реакционно-способных групп. 4 ил.

 

Изобретение относится к области обработки пластических материалов, в частности к технологии переработки полимерных материалов, и предназначено для получения герметизирующих покрытий в производстве бескорпусных полупроводниковых приборов.

Известен способ изготовления термически связываемого волокна (см., например, патент РФ №2139189, кл. В29С 35/08, 95), при котором расплавленный полимер затвердевает под воздействием электромагнитного излучения.

Для осуществления этого способа требуется дополнительно источник электромагнитного излучения с определенными параметрами.

Известен способ получения изделий из пластического материала (см., например, патент РФ №2147517, кл. В29С 35/08, 97), основанный на получении изделий из полимерного материала, в котором для получения нужных свойств материала используются добавки, а отверждение проводят в диапазоне температур 125°С-145°С, выбираемых в зависимости от требуемой твердости поверхностей изделия.

Способ по патенту №2147517 выбран за прототип.

Предложенный способ решает задачу оптимизации режимов отверждения герметизирующих компаундов.

Для решения указанной задачи в способе отверждения эпоксидных компаундов, основанном на термообработке этих компаундов, термообработку эпоксидных компаундов ведут по ступенчатому режиму, который выбирают в соответствии с линейным характером зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп компаунда от логарифма времени термообработки до исчезновения эпоксидных реакционно-способных групп компаунда, при этом концентрация эпоксидных реакционно-способных групп определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) как пропорциональная теплоте отверждения или методом инфракрасной-Фурье спектроскопии (ИКФ) - как пропорциональная площади пика аппроксимации Гаусса участка спектра диффузного отражения после преобразования Кубелка-Мунка.

Сущность предложенного способа заключается в том, что термообработку герметизирующего компаунда ведут по ступенчатому режиму с подъемом температуры до исчезновения эпоксидных реакционно-способных групп.

При этом изменение теплофизических свойств определяют методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), а изменение химического состава - при помощи ИК-Фурье спектроскопии.

Концентрация эпоксидных реакционно-способных групп, определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) или методом инфракрасной-Фурье спектрометрии (ИКФ-спектрометрии).

Для достижения наибольшего эффекта термообработку ведут по ступенчатому режиму с подъемом температуры, определяемым линейным характером зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп от логарифма времени процесса термообработки.

Концентрация реакционно-способных групп методом ДСК определяется как пропорциональная теплоте отверждения, а методом ИКФ-спектрометрии как пропорциональная площади пика аппроксимации Гаусса (для эпоксидных групп 916 см^-1) участка спектра диффузного отражения после преобразования Кубелка-Мунка.

Изобретение поясняется диаграммами, где на фиг.1 дана термограмма компаунда ЭК-29М с разным временем термообработки - 4,5 часа (1) и 6,5 часов (2), на фиг.2 - ИК-спектр пробы компаунда ЭК-29М, на фиг.3 - элементы математической обработки ИК-спектра диффузного отражения для количественных расчетов: на фиг.3а - спектр ЭК-29М в единицах оптической плотности, на фиг.3б - спектр ЭК-29М после проведения автоматической коррекции базовой линии, на фиг.3в - спектр ЭК-29М после проведения преобразования Кубелка-Мунка, на фиг.3г -аппроксимация выбранного участка спектра гауссианами, а на фиг.4 приведены экспериментальные зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп logc от логарифма времени термообработки logt, полученные методами ДСК (фиг.4а) и ИКФ-спектроскопии (фиг.4б).

Для определения оптимального режима отверждения готовятся технологические пробы (не менее шести проб) герметизирующего компаунда, которые подвергаются термообработке. После того как вязкость компаунда повышается, пробы извлекаются с интервалом от 0,5 до 1,5 часов в течение всего режима термообработки.

Методом ДСК для каждой пробы определяется остаточная теплота доотверждения Q как нормализованная площадь экзотермического пика (см. фиг.1). Методом ИКФ-спектроскопии при помощи приставки диффузного отражения фиксируется ИК-спектр пробы (см. фиг.2), нанесенной на карбидную бумагу. После коррекции базовой линии и преобразования Кубелка-Мунка ИК-спектра диффузного отражения проводят количественный анализ.

Для эпоксидного компаунда выбирается диапазон от 700 см^-1 до 1000 см^-1, и находящиеся в этой области пики аппроксимируются методом Гаусса (см. фиг.3). Площадь аппроксимируемого пика с максимумом в области 916 см^-1 нормализуется на суммарную площадь полосы колебаний СН связей в районе от 2780 см^-1 до 3000 см^-1. Полученная величина S используется для дальнейших расчетов.

Концентрация эпоксидных реакционно-способных групп в момент времени t определяется по формулам

Для данных, полученных методом ДСК, изменение концентрации в каждый момент рассчитывается по формуле

где с_i - концентрация активных групп в момент t_i;

- Q_i ^* - усредненная теплота доотверждения на данном отрезке времени;

- Q_i - теплота доотверждения в момент времени t_i;

- Q_i+1 - теплота доотверждения в момент времени t_i+1;

Для ИКФ-спектрометрии изменение концентрации в каждый момент времени рассчитывается по формуле

где c_i - концентрация эпоксидных групп в момент времени t_i;

- s_i ^* - усредненная площадь пика на данном участке времени;

- s_i - площадь пика, соответствующего эпоксидным группам в момент времени t_i;

- s_i+1 - площадь пика, соответствующего эпоксидным группам в момент времени t_i+1;

На графике строят зависимость logc от logt, и при выборе ступенчатого режима термообработки оптимизирующим критерием является линейность данной зависимости (см. фиг.4), т.е. постоянство скорости реакции при постепенном подъеме температуры.

Экспериментальные данные, приведенные на диаграммах (см. фиг.1-4), получены на эпоксидном компаунде ЭК-29М, имеющем следующий состав в весовых частях:

- Смола эпоксидиановая ЭД-22	100 в.ч
- Метафенилендиамин	20 в.ч
- Олигоэфиракрилат МГФ-9	50 в.ч.
- Смесь наполнителей	35 в.ч

4 в.ч. талька, 6 в.ч. нитрида бора и 0,8 в.ч. аэросила

- Нигрозин

0,5 в.ч.

Линейный характер зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп от логарифма времени термообработки достигается при следующем ступенчатом режиме термообработки: при температуре 50°С - 1 час, при температуре 60°С - 7 часов, при температуре 80°С - 2 часа.

Эпоксидные компаунды, термообработанные по предложенному способу, устойчивы к воздействию внешней среды и в течение длительного времени не меняют свои химические, механические и теплофизические свойства, так как не имеют активных групп, способных вступать в химические реакции с течением времени.

Способ отверждения эпоксидных компаундов, основанный на термообработке этих компаундов, отличающийся тем, что термообработку эпоксидных компаундов ведут по ступенчатому режиму, который выбирают в соответствии с линейным характером зависимости логарифма концентрации эпоксидных реакционно-способных групп компаунда от логарифма времени термообработки до исчезновения эпоксидных реакционно-способных групп компаунда, при этом концентрация эпоксидных реакционно-способных групп определяется методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) как пропорциональная теплоте отверждения, или методом инфракрасной-Фурье спектроскопии (ИФК) - как пропорциональная площади пика аппроксимации Гаусса участка спектра диффузного отражения после преобразования Кубелка-Мунка.