一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶及其制备方法

1.本发明属于胶黏剂技术领域，具体涉及一种适用于异种界面特别是热膨胀系数相差较大的异质界面粘接的双组分导电银胶及其制备方法。


背景技术：

2.目前广泛应用在航空、车辆、电子、光学等领域中的pb/sn焊料抗蠕变性能差、密度大、连接温度高等缺点已经无法适应现代电子产品向轻便型发展的要求，并且存在铅污染，不利于环境保护。环氧树脂是一种工业上重要的结构胶粘剂，可适用于多种金属结构粘接，在多领域均具有广泛应用。因此，利用环氧树脂制备环境友好的、低能耗的、高导电性的、高粘接强度的、易于制备的、便于使用的导电胶粘剂应运而生。
3.然而，环氧树脂的热膨胀系数与金属相差较大，且环氧树脂本身的韧性较差，故作为胶粘剂在粘接异质界面时，由于环境温度改变发生的热胀冷缩现象会造成内应力的产生，从而易于被破坏，这使得以环氧树脂为基体的导电胶在粘接异质界面时条件受限，难以真正发展和应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中环氧树脂导电胶存在线性热膨胀系数高、韧性差和面对异种界面粘接易被破坏的技术缺陷，提供一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶及其制备方法，该方法利用铁金属引入铁羟基生成可牺牲氢键来形成动态交联网络，引入橡胶组分生成长链柔性链段，从而得到柔性好且可回复的环氧树脂基体。
5.本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的：
6.一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶，所述导电银胶包括组分a和组分b，所述组分a包括环氧树脂10～20份、稀释剂1～5份、e-rupy-cno0.5～4份、偶联剂0.1～3份、分散剂0.2～2份、银粉60～90份；所述组分b为固化剂1～5份。
7.本发明通过大量的探索性试验对双组份环氧树脂导电银胶的配方进行了改进，具体改进为：在增韧方法上使用了自合成的多重氢键增韧剂e-rupy-cno，使导电银胶的冲击强度由0.50j/cm2提高到1.80j/cm2；在稀释上使用了高活性反应型稀释剂和低沸点易挥发溶剂相结合的方法，使基胶黏度从3500cps下降到300cps，同时减少了15％的溶剂使用量，且高活性反应型稀释剂起到内增韧作用，拉伸剪切强度由1.5mpa提高到8mpa。
8.进一步地，所述环氧树脂为双酚a型、氢化双酚a型、羟甲基双酚a型、双酚f型、ag-80环氧树脂、tde-85环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或几种的组合物；所述稀释剂为正丁基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇甲醚醋酸酯、稀释剂-692、二乙二醇缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚及间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种的组合物；所述偶联剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂及硼酸酯偶联剂中的一
种或几种的组合物；所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、聚酰胺蜡、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种的组合物。
9.进一步地，所述银粉为纳米银粉、1～3μm近球状银粉、2～6μm片状银粉、10～15μm片状银粉、30～50μm片状银粉中的一种或几种的组合物。
10.进一步地，所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、异佛尔酮二胺、1，3-双(氨甲基)环己烷、临二胺基环己烷、间苯二甲胺、4，4-二氨基二苯甲烷、n，n-二甲基卞胺、2，4，6-三(二甲胺基)苯酚中的一种或几种的组合物。
11.进一步地，所述导电银胶含有如下重量份数的各组份：双酚a型环氧树脂10～20份、聚乙二醇二缩水甘油醚1～5份、e-rupy-cno0.5～4份、钛酸四乙酯0.1～3份、4，4-二氨基二苯甲烷和异佛尔酮二胺1～5份(4，4-二氨基二苯甲烷和异佛尔酮二胺的质量比为4：6)、聚酰胺蜡0.2～2份、1～3μm近球状银粉和30～50μm片状银粉60～90份(近球状银粉和片状银粉的质量比为3：7)。
12.进一步地，所述导电银胶含有如下重量份数的各组份：双酚a型环氧树脂15份、聚乙二醇二缩水甘油醚1.2份、e-rupy-cno1～4份、钛酸四乙酯0.4份、4，4-二氨基二苯甲烷和异佛尔酮二胺3.9份、聚酰胺蜡0.8份、1～3μm近球状银粉和30～50μm片状银粉78份。
13.一种上述的适用于异种界面粘接的双组分导电银胶的制备方法，所述方法为：
14.步骤一：对银粉进行表面修饰：按照1：1的摩尔比取表面活性剂有机酸和银粉，并使用乙醇进行溶解，常温超声处理60min，将球形银粉与片状银粉按质量比为7：3准确称量并混合，混合后须手动搅拌至均匀；
15.步骤二：制备e-rupy-cno弹性体
16.在70-90℃下，将fecl3·
6h2o和fecl2·
4h2o按照3：1的比例溶解于mwcnt-cooh(短羧基化多壁碳纳米管)悬浮液(100ml，固体含量1.0％)中；再向溶液中加入10-20mlnh3·
h2o(28wt％)水溶液并搅拌；溶液的颜色变成了深黑色，表明形成了氧化铁纳米颗粒(fe3o4nps)；使用磁力搅拌器以1000rpm转速搅拌溶液1-4小时；生成fe3o
4-cnt-cooh，粗产物用稀土永磁铁收集，然后用蒸馏水清洗；
17.将聚醚胺d-2000、tde-85环氧树脂和fe3o
4-cnt-cooh制备成质量比为5：1：0.48的均匀悬浮液；以80-120℃固化3-15小时；固化后，取出环氧弹性体e-rupy-cno，在1m氢氧化钠溶液中以90-100℃水解2小时；水解后，弹性体用蒸馏水洗涤，浸泡在0.05mfe
3+
溶液中24-48小时；然后，在60-80℃的烤箱中干燥12-24小时；
18.步骤三：混合
19.准确称量组分a中各组分并混合，应先使用转速为5000rpm的低速匀浆机搅拌5min，后置于真空干燥箱中于50℃进行脱泡处理24h；准确称量组分b中各组分并混合，应将混合后固液混合物置于80℃恒温鼓风干燥箱中1h，期间每10min拿出并轻微手动搅拌防止固体结块后再放回；
20.步骤四：固化
21.将组分a和组分b混合后，进行适当搅拌使两组分充分接触，置于恒温鼓风干燥箱中120℃固化1h后，再150℃固化4h使固化完成。
22.本发明相对于现有技术的有益效果为：本发明通过化学及物理交联两种方式，将
橡胶组分及可牺牲的铁羟基引入环氧交联网络中，实现了传统环氧树脂动态交联网络的构建。橡胶组分的引入使得制得导电胶粘剂的树脂基体具有很好的柔韧性、可拉伸性，可牺牲键构建的动态交联网络则可使得其具有很好的回复性质。这就让其在面对与其本身具有较大热膨胀系数差异的异质金属界面时可随之发生胀大和缩小，其具有很好的弹性及动态恢复性，极大的降低了由于体系刚性使得热胀冷缩带来的内应力问题。
23.本发明所述的双组份环氧树脂导电银胶组合物的黏度低、弹性好、强度高、体积电阻率小，尤其可以实现对异质界面尤其是线性热膨胀系数差别较大的异质界面应用于广温域时形成良好粘接。使用片状银粉与粒状银粉通过相互混合搭接实现低体积电阻率。并且长期使用耐候性好，电性能与力学性能稳定。
附图说明
24.图1为片状银粉表面修饰前sem图；
25.图2为片状银粉表面修饰后sem图；
26.图3为双组分导电银胶的平面sem图；
27.图4为双组分导电银胶的截面sem图；
28.图5为双组分环氧导电银胶的拉伸剪切强度曲线图；
29.图6为双组分环氧导电银胶的体积电阻率图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
31.实施例1：
32.一种双组份环氧树脂导电胶组合物，含有如下重量份数的各组份：双酚a型环氧树脂15份、稀释剂-6921.2份、e-rupy-cno1～4份、钛酸四乙酯0.4份、4，4-二氨基二苯甲烷和异佛尔酮二胺3.9份、聚酰胺蜡0.8份、1～3μm近球状银粉和30～50μm片状银粉78份。
33.制备方法：先将银进行表面修饰，后在20～35℃条件下将组分a的各组分充分混合均匀，在搅拌条件下经真空脱泡24h后，加入固化剂高温固化即得成品环氧树脂导电胶组合物。本实施例所述组合物的拉伸剪切强度为10mpa，体积电阻率为6.37
×
10-5
ω
·
m。
34.实施例2：
35.一种双组份环氧树脂导电胶组合物，含有如下重量份数的各组份：双酚a型环氧树脂15份、聚乙二醇二缩水甘油醚1.2份、e-rupy-cno1～4份、钛酸四乙酯0.4份、4，4-二氨基二苯甲烷和异佛尔酮二胺3.9份、十二烷基磺酸钠/十二烷基硫酸钠0.8份、1～3μm近球状银粉和30～50μm片状银粉78份。
36.制备方法：先将银进行表面修饰，后在20～35℃条件下将组分a各组分充分混合均匀，在搅拌条件下经真空脱泡24h后，加入固化剂高温固化即得成品环氧树脂导电胶组合物。本实施例所述组合物的拉伸剪切强度为8mpa，体积电阻率为9.85
×
10-5
ω
·
m。
37.实施例3：
38.一种双组份环氧树脂导电胶组合物，含有如下重量份数的各组份：双酚a型环氧树
脂15份、聚乙二醇二缩水甘油醚1.2份、e-rupy-cno1～4份、钛酸四乙酯0.4份、4，4-二氨基二苯甲烷和异佛尔酮二胺3.9份、聚酰胺蜡0.8份、1～3μm近球状银粉和30～50μm片状银粉78份。
39.制备方法：先将银进行表面修饰，后在20～35℃条件下将组分a各组分充分混合均匀，在搅拌条件下经真空脱泡24h后，加入固化剂高温固化即得成品环氧树脂导电胶组合物。本实施例所述组合物的拉伸剪切强度为13mpa，体积电阻率为3.74
×
10-6
ω
·
m。
40.由图1和2可以看出小分子有机酸对银的成功修饰。由图3和4可以看出，银颗粒融合嵌入在树脂基体中，并且分散均匀。在导电胶发生破坏的断面处，银颗粒依然均匀分散铺满整个视野，说明银并没有在重力及密度的作用下而沉降于样品底层，说明配方恰当合适，银在树脂中分散良好。
41.从图5可以看出，在低温(-50℃)环境气氛下胶粘剂的拉伸剪切强度为14.40mpa，在常温(25℃)环境气氛下胶粘剂的拉伸剪切强度为16.17mpa，在高温(130℃)环境气氛下胶粘剂的拉伸剪切强度为10.97mpa，在三个不同环境温度气氛下的拉伸剪切强度均高达10mpa以上，可说明在-50℃至130℃的温域范围内，所制备的双组分环氧胶粘剂均具有高粘接强度，在该范围内能够良好工作使用。可以看出，本实验所制备得到的双组分环氧树脂胶粘剂具有良好的力学性能，能够较好的保持原本形状，不轻易被破坏。作为胶粘剂产品最为重要的检测指标之一，在广泛温度使用范围内其所表现出的强度完全可符合常用要求，并且对比常用市售胶粘剂还更有独特优势。
42.从图6可以看出，在低温(-50℃)环境气氛下胶粘剂的体积电阻率为1.29
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10-6
ω
·
m，在常温(25℃)环境气氛下胶粘剂的体积电阻率为3.74
×
10-6
ω
·
m，在高温(130℃)环境气氛下胶粘剂的体积电阻率为6.37
×
10-6
ω
·
m。在三个不同环境温度气氛下的体积电阻率均在10-6
ω
·
m数量级内，可说明在-50℃至130℃的温域范围内，胶粘剂的导电性较为稳定，并且体积电阻率值较低，导电性良好。对比市售商用导电胶产品，本发明所制备导电胶粘剂产品的体积电阻率与其相当，已达到行业领先标准(5
×
10-6
ω
·
m)，并且广阔温度使用范围内导电性能稳定，使用可靠性强。

技术特征：
1.一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶，其特征在于：所述导电银胶包括组分a和组分b，所述组分a包括环氧树脂10～20份、稀释剂1～5份、e-rupy-cno 0.5～4份、偶联剂0.1～3份、分散剂0.2～2份、银粉60～90份；所述组分b为固化剂1～5份。2.根据权利要求1所述的一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶，其特征在于：所述环氧树脂为双酚a型、氢化双酚a型、羟甲基双酚a型、双酚f型、ag-80环氧树脂、tde-85环氧树脂、脂环族环氧树脂中的一种或几种的组合物；所述稀释剂为正丁基缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇甲醚醋酸酯、稀释剂-692、二乙二醇缩水甘油醚、环己二醇二缩水甘油醚及间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或几种的组合物；所述偶联剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、金属复合偶联剂、磷酸酯偶联剂及硼酸酯偶联剂中的一种或几种的组合物；所述分散剂为三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、聚酰胺蜡、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或几种的组合物。3.根据权利要求1所述的一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶，其特征在于：所述银粉为纳米银粉、1～3μm近球状银粉、2～6μm片状银粉、10～15μm片状银粉、30～50μm片状银粉中的一种或几种的组合物。4.根据权利要求1所述的一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶，其特征在于：所述固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、异佛尔酮二胺、1，3-双(氨甲基)环己烷、临二胺基环己烷、间苯二甲胺、4，4-二氨基二苯甲烷、n，n-二甲基卞胺、2，4，6-三(二甲胺基)苯酚中的一种或几种的组合物。5.根据权利要求1所述的一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶，其特征在于：所述导电银胶含有如下重量份数的各组份：双酚a型环氧树脂10～20份、聚乙二醇二缩水甘油醚1～5份、e-rupy-cno 0.5～4份、钛酸四乙酯0.1～3份、4，4-二氨基二苯甲烷和异佛尔酮二胺1～5份(4，4-二氨基二苯甲烷和异佛尔酮二胺的质量比为4：6)、聚酰胺蜡0.2～2份、1～3μm近球状银粉和30～50μm片状银粉60～90份(近球状银粉和片状银粉的质量比为3：7)。6.根据权利要求5所述的一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶，其特征在于：所述导电银胶含有如下重量份数的各组份：双酚a型环氧树脂15份、聚乙二醇二缩水甘油醚1.2份、e-rupy-cno 1～4份、钛酸四乙酯0.4份、4，4-二氨基二苯甲烷和异佛尔酮二胺3.9份、聚酰胺蜡0.8份、1～3μm近球状银粉和30～50μm片状银粉78份。7.一种权利要求1～6任一项所述的适用于异种界面粘接的双组分导电银胶的制备方法，其特征在于：所述方法为：步骤一：对银粉进行表面修饰：按照1：1的摩尔比取表面活性剂有机酸和银粉，并使用乙醇进行溶解，常温超声处理60min，将球形银粉与片状银粉按质量比为7：3准确称量并混合，混合后须手动搅拌至均匀；步骤二：制备e-rupy-cno弹性体在70-90℃下，将fecl3·
6h2o和fecl2·
4h2o按照3：1的比例溶解于mwcnt-cooh(短羧基化多壁碳纳米管)悬浮液(100ml，固体含量1.0％)中；再向溶液中加入10-20mlnh3·
h2o(28wt％)水溶液并搅拌；溶液的颜色变成了深黑色，表明形成了氧化铁纳米颗粒(fe3o4nps)；使用磁力搅拌器以1000rpm转速搅拌溶液1-4小时；生成fe3o
4-cnt-cooh，粗产
物用稀土永磁铁收集，然后用蒸馏水清洗；将聚醚胺d-2000、tde-85环氧树脂和fe3o
4-cnt-cooh制备成质量比为5：1：0.48的均匀悬浮液；以80-120℃固化3-15小时；固化后，取出环氧弹性体e-rupy-cno，在1m氢氧化钠溶液中以90-100℃水解2小时；水解后，弹性体用蒸馏水洗涤，浸泡在0.05m fe
3+
溶液中24-48小时；然后，在60-80℃的烤箱中干燥12-24小时；步骤三：混合准确称量组分a中各组分并混合，应先使用转速为5000rpm的低速匀浆机搅拌5min，后置于真空干燥箱中于50℃进行脱泡处理24h；准确称量组分b中各组分并混合，应将混合后固液混合物置于80℃恒温鼓风干燥箱中1h，期间每10min拿出并轻微手动搅拌防止固体结块后再放回；步骤四：固化将组分a和组分b混合后，进行适当搅拌使两组分充分接触，置于恒温鼓风干燥箱中120℃固化1h后，再150℃固化4h使固化完成。

技术总结
一种适用于异种界面粘接的双组分导电银胶及其制备方法，属于胶黏剂领域。所述导电银胶包括组分A和组分B，所述组分A包括环氧树脂10～20份、稀释剂1～5份、E-RUPy-CNO0.5～4份、偶联剂0.1～3份、分散剂0.2～2份、银粉60～90份；所述组分B为固化剂1～5份。本发明通过化学及物理交联两种方式，将橡胶组分及可牺牲的铁羟基引入环氧交联网络中，实现了传统环氧树脂动态交联网络的构建。橡胶组分的引入使得制得导电胶粘剂的树脂基体具有很好的柔韧性、可拉伸性，可牺牲键构建的动态交联网络则可使得其具有很好的回复性质。具有很好的回复性质。具有很好的回复性质。


技术研发人员：胡桢 付昕哲 李月山 白永平 黄玉东 刘丽
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.05.20
技术公布日：2023/7/20