Hệ thống nhựa epoxy có độ lấp đầy cao, với độ bền cơ học tuyệt vời, cách nhiệt, chống cháy và ổn định kích thước, đã trở thành vật liệu cốt lõi trong các lĩnh vực sản xuất cao cấp toàn cầu như đóng gói điện tử, đóng gói thiết bị điện, đúc vật liệu composite, chất kết dính cao cấp và đúc điện. Theo yêu cầu về hàm lượng chất rắn cao, độ dẫn nhiệt cao và công thức chống cháy cao, việc bổ sung các chất độn vô cơ (như alumina,nhôm hydroxit, magie oxit, bột vi silicon, boron nitrit, v.v.) thường vượt quá 60% trọng lượng. Điều này dẫn đến các vấn đề như độ nhớt hệ thống cao, khả năng chảy kém, độ ẩm không đủ, khó loại bỏ bong bóng, khuyết tật hình thành gia tăng và khả năng thích ứng kém của các quy trình ứng dụng tự động, trở thành nút thắt chính hạn chế chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất.
Sự gia tăng bất thường về độ nhớt của hệ thống epoxy trám cao không phải do một yếu tố duy nhất gây ra mà do sự chồng chất của nhiều cơ chế:
1. Khả năng tương thích kém ở bề mặt tiếp xúc nhựa độn: Chất độn vô cơ có độ phân cực bề mặt mạnh và nhóm hydroxyl đậm đặc, tạo thành tương tác mạnh với ma trận epoxy không phân cực, khiến các hạt kết tụ lại và làm tăng đáng kể khả năng cản ma sát trong hệ thống;
2. Diện tích bề mặt riêng và phân bố kích thước hạt của chất độn không hợp lý: Chất độn nano và chất độn siêu mịn có diện tích bề mặt riêng lớn, hấp thụ một số lượng lớn phân tử nhựa và tạo thành "lớp phủ", dẫn đến giảm pha động hiệu quả; Chất độn kích thước hạt đơn có khoảng trống lớn và cần đổ đầy nhựa nhiều hơn để tăng thêm độ nhớt;
3. Độ nhớt nội tại của nền nhựa tương đối cao: các loại nhựa epoxy tương đương cao như bisphenol A và nhựa phenolic có chuỗi phân tử dài và lực liên phân tử mạnh. Khi không đổ đầy, độ nhớt đạt tới hàng nghìn mPa · s, và sau khi đổ đầy cao, độ nhớt tăng theo cấp số nhân;
4. Quá trình phân tán không đủ: hiệu suất trộn, nghiền và phân tán thấp, sự phân hủy và kết tụ không hoàn toàn của chất độn, hình thành các cốt liệu thứ cấp, độ giả dẻo tăng bất thường và dòng chảy không đồng đều của hệ thống;
5. Thiếu hoặc lựa chọn phụ gia không đúng cách: Nếu không có chất làm ướt và phân tán hoặc chất liên kết hiệu quả, sức căng bề mặt không thể giảm, cấu trúc thixotropic của hệ thống được xây dựng quá mức, độ nhớt tĩnh và độ nhớt xây dựng đều cao.
Sau khi xác định nguyên nhân, thông qua thiết kế cấp độ phân tử, sửa đổi giao diện và kiểm soát quy trình chính xác, có thể đạt được mức giảm độ nhớt có thể kiểm soát được từ 30% -80% mà không làm giảm lượng chất độn được thêm vào hoặc làm giảm hiệu suất sau khi đóng rắn.
Ma trận nhựa là nền tảng của độ nhớt hệ thống và việc tối ưu hóa công thức ma trận là giải pháp nguồn để giảm độ nhớt, thích ứng với các yêu cầu về bảo vệ môi trường, độ biến động thấp và độ tin cậy cao của vật liệu cao cấp trên toàn thế giới.
Nên ưu tiên cho epoxy loại A bisphenol có trọng lượng phân tử thấp (loại có độ nhớt thấp E51/E44), epoxy béo, epoxy cycloaliphatic và epoxy biến tính pha loãng. Độ nhớt phải được kiểm soát ở mức 500-3000mPa · s ở 25oC, giúp tăng hơn 40% hiệu quả giảm độ nhớt cơ bản so với epoxy có độ nhớt cao thông thường. Alicycle epoxy kết hợp độ nhớt thấp với khả năng chống ố vàng và chịu thời tiết, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng cao cấp ở nước ngoài như điện tử ngoài trời, quang điện và điện tử ô tô.
Loại bỏ các chất pha loãng không phản ứng dễ bay hơi và sử dụng các chất pha loãng phản ứng đơn chức năng/hai chức năng/đa chức năng (butyl glycidyl ether BGE, allyl glycidyl ether AGE, ethylene glycol diglycidyl ether EGDE, neopentyl glycol diglycidyl ether) với lượng bổ sung 5% -15% để tham gia xử lý liên kết ngang mà không có cặn hoặc di chuyển, tránh giảm khả năng chịu nhiệt và độ bền kết dính. Chất pha loãng chức năng kép có hiệu quả giảm độ nhớt tốt nhất và có thể duy trì mật độ liên kết ngang của vật liệu được xử lý, phù hợp với yêu cầu về độ bền của hệ thống làm đầy cao.
Chọn các amin béo biến tính, polyetheramine, anhydrit có độ nhớt thấp và chất đóng rắn có độ nhớt thấp tiềm ẩn để giảm độ nhớt của các thành phần chất đóng rắn, đồng thời cải thiện khả năng tương thích với ma trận epoxy và tránh tăng độ nhớt đột ngột sau khi trộn. Các chất đóng rắn polyether amin đi kèm với các phân đoạn chuỗi linh hoạt, có thể giảm ma sát trong hệ thống, cân bằng việc giảm độ nhớt và cải thiện độ bền, đồng thời đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của các lĩnh vực vận chuyển đường sắt và năng lượng mới toàn cầu.
Chất độn là cốt lõi của hệ thống làm đầy cao cấp, và sự biến đổi bề mặt cũng như phân loại kích thước hạt là những phương pháp công nghệ quan trọng để giảm độ nhớt mà không làm giảm lượng chất độn được thêm vào, cũng như khả năng cạnh tranh cốt lõi của các công thức epoxy cao cấp.
Xử lý trước chất độn bằng chất liên kết silane (KH550/KH560/KH570), chất liên kết titanate, chất liên kết aluminate và chất biến tính polymer siêu phân nhánh để tạo thành lớp phủ hữu cơ trên bề mặt chất độn
-Giảm độ phân cực bề mặt, giảm liên kết hydro và lực van der Waals giữa các hạt và ngăn ngừa sự kết tụ;
-Cải thiện khả năng tương thích với ma trận epoxy, giảm khoảng trống giao diện và giảm khả năng chống dòng chảy;
-Sau khi sửa đổi, độ nhớt của hệ thống làm đầy cao ( ≥ 70wt%) có thể giảm 40% -60%, đồng thời cải thiện độ dẫn nhiệt, cách nhiệt và độ bền cơ học của vật liệu được xử lý.
Theo lý thuyết đóng gói chặt chẽ, một hệ thống phân loại bốn cấp bao gồm kích thước hạt lớn, kích thước hạt trung bình, kích thước hạt nhỏ và kích thước nanomet (chẳng hạn như 50 μ m + 10 μ m + 2 μ m + 50nm) được áp dụng. Chất độn kích thước hạt nhỏ lấp đầy khoảng trống kích thước hạt lớn, làm giảm đáng kể độ xốp của hệ thống và khả năng đóng gói nhựa. Độ nhớt có thể giảm hơn 30% với cùng hàm lượng chất rắn. Thiết kế phân loại nên tránh bổ sung quá nhiều chất độn nano để ngăn độ nhớt hồi phục do diện tích bề mặt riêng quá mức.
Nên ưu tiên sử dụng bột vi silicon hình cầu, alumina hình cầu và boron nitrit hình cầu. Khả năng chống lăn của chất độn hình cầu thấp hơn nhiều so với chất độn dạng tấm và hình kim không đều, khả năng chảy được cải thiện đáng kể. Đây là dạng chất độn được ưa chuộng cho các vật liệu làm kín bằng nhựa epoxy và bầu điện tử cao cấp.
Phụ gia là chất điều chỉnh độ nhớt cho hệ thống epoxy có độ điền đầy cao, với sự lựa chọn chính xác để đạt được "bổ sung thấp, giảm độ nhớt cao", phù hợp với các quy định môi trường toàn cầu và yêu cầu về hiệu suất vật liệu cao cấp.
Sử dụng chất phân tán chức năng epoxy, chất phân tán este polyacrylic, chất phân tán este photphat và chất phân tán siêu phân nhánh, với lượng bổ sung 0,5% -3%, nhanh chóng làm ướt bề mặt chất độn, phá vỡ chất kết tụ, tạo thành lớp ổn định về không gian, giảm ma sát giữa các hạt và giảm độ nhớt 30% -50%. Nên sử dụng chất phân tán giảm độ nhớt mạnh cho hệ thống có hàm lượng chất rắn cao, phù hợp với chất độn nano và hệ thống chất độn có diện tích bề mặt riêng cao.
Thêm silica pha khí, sáp polyamit, dầu thầu dầu hydro hóa và bentonite hữu cơ để tạo cấu trúc thixotropic có thể kiểm soát được:
-Ở trạng thái nghỉ: độ nhớt cao để ngăn chặn sự lắng đọng của vật liệu làm đầy;
-Trong quá trình cắt (khuấy, phân phối, hàn kín, rót): độ nhớt giảm nhanh và tính lưu động tuyệt vời;
Nhận ra "độ nhớt kết cấu thấp + độ ổn định tĩnh cao" và thích ứng với các quy trình phổ biến trên toàn cầu như phân phối tự động, niêm phong chân không và đúc RTM.
Hệ thống có độ nhớt cao dễ bị kẹt bong bóng và khó xả. Việc bổ sung chất khử bọt silicon hữu cơ và chất làm phẳng không chứa silicon có thể làm giảm cặn bong bóng, cải thiện tính đồng nhất của hệ thống và tránh độ nhớt ảo cao và các khuyết tật đúc do bong bóng gây ra.
Cung cấp các giải pháp khác biệt cho nhu cầu thị trường toàn cầu trong các lĩnh vực khác nhau, cân bằng giữa hiệu suất, quy trình và tuân thủ môi trường:
1. Đóng gói điện tử/đóng gói thiết bị điện: phân loại chất độn hình cầu + sửa đổi silane + nhựa epoxy có độ nhớt thấp, đạt được độ dẫn nhiệt cao, độ nhớt thấp và cách nhiệt cao, thích hợp cho thiết bị điện tử ô tô, truyền thông 5G và bộ biến tần quang điện;
2. Vật liệu tổng hợp RTM/truyền chân không: hỗn hợp pha loãng hoạt động có độ nhớt thấp + phân tán hiệu quả + lưu biến cắt mỏng, cải thiện khả năng thấm ướt của nhựa trên sợi, thích hợp cho các cánh tuabin gió và hàng không vũ trụ;
3. Chất kết dính/chất bịt kín cao cấp: Chất đóng rắn polyether amin + chất phân tán siêu phân tán, đạt độ nhớt thấp, độ bám dính cao, không dung môi, thích hợp cho pin năng lượng mới và vận chuyển đường sắt;
4. Các thành phần đúc / cách điện điện: phân loại chất độn chống cháy cao + sửa đổi khớp nối + epoxy có độ nhớt thấp, thích hợp cho các thiết bị điện và truyền tải điện áp cao, đáp ứng các tiêu chuẩn IEC và UL toàn cầu.
Vấn đề về độ nhớt của nhựa epoxy có hàm lượng chất độn cao là một vấn đề mang tính hệ thống trong công thức, chất độn, chất phụ gia và quy trình chứ không phải là điểm yếu của liên kết đơn lẻ. Thông qua việc kết hợp ma trận có độ nhớt thấp, sửa đổi bề mặt và phân loại chất độn, lựa chọn chính xác các chất phụ gia chuyên dụng và quy trình phân tán hiệu quả, điểm yếu của ngành về độ nhớt cao có thể được giải quyết hoàn toàn trong khi vẫn duy trì lợi thế làm đầy cao, cải thiện năng suất sản phẩm, hiệu quả sản xuất và khả năng cạnh tranh thị trường toàn cầu.
