李博弘，陳澤明，賈曉瑩*，曹先啟，曹文鑫，關(guān)悅瑜，王 超，薛金龍

（1.黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150020）

0 引言

隨著航空航天技術(shù)的高速發(fā)展，對各種電子元器件、數(shù)據(jù)鏈終端等電子設(shè)備的要求越來越高，為滿足新一代電子設(shè)備小型化、輕量化的要求，電子器件設(shè)計(jì)更加集成化、緊湊化，從而要求電子器件具備更強(qiáng)的散熱能力和更加可靠的穩(wěn)定性，因此對所使用的導(dǎo)熱絕緣膠的性能提出了更高的要求[1-7]。

針對市場需求研制了高強(qiáng)度絕緣膠，該膠粘劑以多官能團(tuán)柔性聚合物改性環(huán)氧樹脂為基體樹脂；采用活化處理的氧化鋁、金剛石、云母為導(dǎo)熱和絕緣填料。本文分析了高強(qiáng)度絕緣膠的性能，并分別用Kissinger 法和Flynn-Wall-Ozawa 法計(jì)算了高強(qiáng)度絕緣膠的熱分解動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

黏度測試：天津永利達(dá)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司，NDJ-1 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)。剪切強(qiáng)度測試：美國Instron公司，5969 型電子萬能試驗(yàn)機(jī)。熱導(dǎo)率測試：德國耐馳科學(xué)儀器公司，LFA467 型激光導(dǎo)熱儀。體積電阻率測試：上海第六電表廠有限公司，ZC36 型高阻計(jì)。膨脹系數(shù)測試：德國耐馳科學(xué)儀器公司，DIL 402 型熱膨脹儀。熱失重測試：美國PE 公司，TG/DTA6300 型熱失重分析儀，氮?dú)鈿夥?，升溫速率分別為10、20、30、40 ℃/min，升溫范圍為常溫～300 ℃。并通過TG-DTG 曲線分析了高強(qiáng)度絕緣膠的熱分解特性。

2 結(jié)果與討論

2.1 高強(qiáng)度絕緣膠性能測試

表1 是高強(qiáng)度絕緣膠性能測試數(shù)據(jù)。從表中數(shù)據(jù)可以看出，高強(qiáng)度絕緣膠具有較好的力學(xué)性能、適中的熱導(dǎo)率和膨脹系數(shù)，較高的體積電阻率。

表1 高強(qiáng)度絕緣膠性能測試數(shù)據(jù)Table 1 The performance test data of high-strength insulating adhesive

2.2 高強(qiáng)度絕緣膠分解動(dòng)力學(xué)分析

2.2.1 TG/DTG 分析

圖1 是不同升溫速率高強(qiáng)度絕緣膠TG 譜圖。從圖中可以看出，研制的高強(qiáng)度絕緣膠300 ℃失重率為0.14%～0.80%，800 ℃失重率為50.58%～53.31%。

圖1 不同升溫速率高強(qiáng)度絕緣膠的TG 譜圖Fig.1 The TG curves of high-strength insulating adhesive at different heating rates

表2 是不同升溫速率高強(qiáng)度絕緣膠熱失重?cái)?shù)據(jù)，從表中數(shù)據(jù)可以看出導(dǎo)熱絕緣膠5%熱失重溫度為351.64～373.80 ℃，10%熱失重溫度為366.03～387.36 ℃，20%熱失重溫度為384.39～404.18 ℃。

表2 不同升溫速率高強(qiáng)度絕緣膠的TG 數(shù)據(jù)Fig.2 The TG data of high-strength insulating adhesive at different heating rates

圖2 是不同升溫速率高強(qiáng)度絕緣膠DTG 譜圖。從圖中可以看出，研制的高強(qiáng)度絕緣膠快速熱失重區(qū)間為260～520 ℃。

圖2 不同升溫速率高強(qiáng)度絕緣膠的DTG 譜圖Fig.2 The DTG curves of high-strength insulating adhesive at different heating rates

熱分解動(dòng)力學(xué)參數(shù)對材料的使用具有重要的指導(dǎo)意義。熱分解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的處理方法包括Friedman、Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa、Chang、Freeman-Carrol、Coats-Redfern 等系列方法。本文采用Kissinger 方法和Flynn-Wall-Ozawa 方法對高強(qiáng)度絕緣膠熱分解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了處理。

2.2.2 Kissinger 方法

Kissinger 方法的優(yōu)勢在于不需要明確熱分解反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理，就可以用ln對1000/Tp作圖得到一條直線，直線的斜率經(jīng)計(jì)算后即可求出熱分解活化能E。Kissinger[10]方程為：

式中：β 為升溫速率，Tp為熱失重曲線上失重速率最大時(shí)對應(yīng)的溫度，A 為指前因子，αp為最大失重速率時(shí)的轉(zhuǎn)化率，n 為反應(yīng)級數(shù)。

根據(jù)Kissinger 方程，用ln(β/Tp2)對1 000/Tp作圖，得到如圖3 所示的數(shù)據(jù)點(diǎn)及擬合直線，高強(qiáng)度絕緣膠的線性回歸常數(shù)R 值為0.99，直線斜率為-9.948，即-E/R=-9.948，計(jì)算出的熱分解活化能為82.71 kJ/mol。

圖3 依據(jù)Kissinger 方程ln(β/Tp2) 對1 000/Tp 關(guān)系圖Fig.3 The plot of ln(β/Tp2) against 1 000/Tp according to Kissinger equation

2.2.3 Flynn-Wall-Ozawa 方法

按照Doyle 近似理論，得到Flynn-Wall-Ozawa方法[11,12]的表達(dá)式：

式中：β 為升溫速度，T 為從熱失重曲線上得到的不同轉(zhuǎn)化率α 對應(yīng)的溫度，A 為指前因子。

Flynn-Wall-Ozawa 方法同樣不需要明確熱分解反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理即可以計(jì)算出熱分解活化能E，但要計(jì)算指前因子A 則需要了解g(α)的詳細(xì)表達(dá)式。

根據(jù)Flynn-Wall-Ozawa 方程，在不同升溫速率高強(qiáng)度絕緣膠的TG 譜圖上讀取失重率為5%的溫度Tp，用lnβ 對1 000/Tp作圖，得到如圖4 所示的數(shù)據(jù)點(diǎn)及擬合直線，高強(qiáng)度絕緣膠的線性回歸常數(shù)R 值為0.98，直線斜率為-4.302，即-0.457E/R=-4.302，計(jì)算出的熱分解活化能為78.27 kJ/mol。

圖4 依據(jù)Flynn-Wall-Ozawa 方程lgβ 對1 000/Tp 關(guān)系圖Fig.4 The plot of lgβ against 1 000/Tp according to Flynn-Wall-Ozawa equation

3 結(jié)論

（1）對高強(qiáng)度絕緣膠性能進(jìn)行了測試，通過測試數(shù)據(jù)可以看出高強(qiáng)度絕緣膠具有較好的力學(xué)性能和絕緣性能，適中的導(dǎo)熱性能和熱膨脹性能。

（2）通過高強(qiáng)度絕緣膠的TG-DTG 曲線分析得出高強(qiáng)度絕緣膠300 ℃失重率為0.14%～0.80%，800 ℃失重率為50.58%～53.31%。

（3）采用Kissinger 方程和Flynn-Wall-Ozawa 方程對高強(qiáng)度絕緣膠熱分解動(dòng)力學(xué)常數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，得出熱分解活化能分別為82.71 kJ/mol 和78.27 kJ/mol。