Il sistema di resina epossidica ad alto riempimento, con la sua eccellente resistenza meccanica, isolamento termico, ritardo di fiamma e stabilità dimensionale, è diventato un materiale fondamentale nei settori produttivi globali di fascia alta come l'incapsulamento elettronico, l'imballaggio di dispositivi di potenza, lo stampaggio di materiali compositi, adesivi di fascia alta e fusione elettrica. In base ai requisiti di elevato contenuto solido, elevata conduttività termica e formulazioni altamente ritardanti di fiamma, l'aggiunta di riempitivi inorganici (come allumina,idrossido di alluminio, ossido di magnesio, micropolvere di silicio, nitruro di boro, ecc.) spesso supera il 60% in peso. Ciò porta a problemi quali elevata viscosità del sistema, scarsa fluidità, bagnabilità insufficiente, difficoltà nella rimozione delle bolle, aumento dei difetti di formazione e scarsa adattabilità dei processi applicativi automatizzati, che diventano colli di bottiglia chiave che limitano la qualità del prodotto e l’efficienza produttiva.
L’aumento anomalo della viscosità dei sistemi epossidici ad alto riempimento non è causato da un unico fattore, ma dalla sovrapposizione di molteplici meccanismi:
1. Scarsa compatibilità all'interfaccia della resina riempitiva: i riempitivi inorganici hanno una forte polarità superficiale e gruppi idrossilici densi, che formano forti interazioni con matrici epossidiche non polari, provocando l'agglomerazione delle particelle e aumentando significativamente la resistenza all'attrito all'interno del sistema;
2. Area superficiale specifica irragionevole e distribuzione granulometrica dei riempitivi: i nanoriempitivi e i riempitivi ultrafini hanno un'ampia area superficiale specifica, che assorbe un gran numero di molecole di resina e forma uno "strato di rivestimento", con conseguente diminuzione della fase mobile effettiva; I riempitivi a dimensione particellare singola hanno spazi ampi e richiedono un maggiore riempimento di resina per aumentare ulteriormente la viscosità;
3. La viscosità intrinseca della matrice resinosa è relativamente elevata: le resine epossidiche ad alto equivalente come il bisfenolo A e le resine fenoliche hanno lunghe catene molecolari e forti forze intermolecolari. Quando non è riempito, la viscosità raggiunge migliaia di mPa·s e, dopo un riempimento elevato, la viscosità aumenta in modo esponenziale;
4. Processo di dispersione insufficiente: bassa efficienza di miscelazione, macinazione e dispersione, decomposizione e aggregazione incompleta dei riempitivi, formazione di aggregati secondari, aumento anomalo della pseudoplasticità e flusso irregolare del sistema;
5. Mancanza o selezione impropria di additivi: senza agenti bagnanti e disperdenti o agenti di accoppiamento efficaci, la tensione interfacciale non può essere ridotta, la struttura tixotropica del sistema è eccessivamente costruita e la viscosità statica e la viscosità di costruzione sono entrambe elevate.
Dopo aver identificato la causa, attraverso la progettazione a livello molecolare, la modifica dell'interfaccia e il controllo preciso del processo, è possibile ottenere una riduzione controllabile della viscosità del 30% -80% senza ridurre la quantità di riempitivo aggiunto o sacrificare le prestazioni dopo l'indurimento.
La matrice di resina è la base della viscosità del sistema e l'ottimizzazione della formula della matrice è la soluzione originale per ridurre la viscosità, adattarsi alla protezione ambientale, alla bassa volatilità e ai requisiti di alta affidabilità dei materiali di fascia alta in tutto il mondo.
La priorità deve essere data alla resina epossidica di tipo bisfenolo A a basso peso molecolare (grado di viscosità E51/E44 bassa), alla resina epossidica alifatica, alla resina epossidica cicloalifatica e alla resina epossidica modificata diluita. La viscosità deve essere controllata a 500-3000 mPa · s a 25 ℃, il che aumenta l'efficienza di base della riduzione della viscosità di oltre il 40% rispetto alla resina epossidica convenzionale ad alta viscosità. La resina epossidica aliciclica combina una bassa viscosità con resistenza all'ingiallimento e agli agenti atmosferici, rendendola adatta per applicazioni estere di fascia alta come l'elettronica per esterni, il fotovoltaico e l'elettronica automobilistica.
Abbandonare i diluenti volatili non reattivi e utilizzare diluenti reattivi singoli funzionali/bifunzionali/multifunzionali (butil glicidil etere BGE, allil glicidil etere AGE, etilenglicole diglicidil etere EGDE, neopentilglicole diglicidil etere) con una quantità aggiuntiva del 5% -15% per partecipare alla reticolazione senza residui o migrazione, evitando una diminuzione della resistenza al calore e della forza adesiva. Il diluente bifunzionale ha la migliore efficienza di riduzione della viscosità e può mantenere la densità di reticolazione del materiale indurito, che è adatto ai requisiti di resistenza dei sistemi ad alto riempimento.
Selezionare ammine grasse modificate, polieterammine, anidridi a bassa viscosità e agenti indurenti latenti a bassa viscosità per ridurre la viscosità dei componenti dell'agente indurente, migliorando al contempo la compatibilità con la matrice epossidica ed evitando un improvviso aumento di viscosità dopo la miscelazione. Gli agenti indurenti ammina-polietere sono dotati di segmenti di catena flessibili, che possono ridurre l'attrito all'interno del sistema, bilanciare la riduzione della viscosità e il miglioramento della tenacità e soddisfare i rigorosi requisiti dei nuovi settori globali di energia e trasporto ferroviario.
I riempitivi sono il nucleo dei sistemi ad alto riempimento e la modifica della superficie e la classificazione delle dimensioni delle particelle sono percorsi tecnologici chiave per ridurre la viscosità senza ridurre la quantità di riempitivi aggiunti, nonché la competitività fondamentale delle formulazioni epossidiche di fascia alta.
Pretrattare il riempitivo con un agente di accoppiamento silanico (KH550/KH560/KH570), un agente di accoppiamento titanato, un agente di accoppiamento alluminato e un modificatore polimerico iperramificato per formare uno strato di rivestimento organico sulla superficie del riempitivo
-Ridurre la polarità superficiale, diminuire i legami idrogeno e le forze di van der Waals tra le particelle e prevenire l'agglomerazione;
-Migliorare la compatibilità con la matrice epossidica, ridurre i vuoti di interfaccia e ridurre la resistenza al flusso;
-Dopo la modifica, la viscosità del sistema ad alto riempimento (≥ 70% in peso) può essere ridotta del 40% -60%, migliorando al contempo la conduttività termica, l'isolamento e la resistenza meccanica del materiale indurito.
Seguendo la teoria dell'imballaggio stretto, viene adottato un sistema di classificazione a quattro livelli composto da granulometria grande, granulometria media, granulometria piccola e dimensione nanometrica (come 50 μ m+10 μ m+2 μ m+50 nm). I riempitivi di piccole dimensioni riempiono le lacune di grandi dimensioni delle particelle, riducendo significativamente la porosità del sistema e l'incapsulamento della resina. La viscosità può essere ridotta di oltre il 30% con lo stesso contenuto solido. La progettazione della classificazione dovrebbe evitare un'aggiunta eccessiva di nanoriempitivi per prevenire il rimbalzo della viscosità dovuto a un'eccessiva area superficiale specifica.
La priorità dovrebbe essere data all'utilizzo di micropolvere di silicio sferica, allumina sferica e nitruro di boro sferico. La resistenza al rotolamento dei riempitivi sferici è molto inferiore a quella dei riempitivi a forma di foglio o di ago irregolari e la scorrevolezza è notevolmente migliorata. È la forma di riempimento preferita per l'invasatura elettronica di fascia alta e i materiali sigillanti in plastica epossidica.
L'additivo è un regolatore di viscosità per sistemi epossidici ad alto riempimento, con una selezione precisa per ottenere "bassa aggiunta, elevata riduzione della viscosità", in linea con le normative ambientali globali e i requisiti di prestazione dei materiali di fascia alta.
Utilizzando disperdenti funzionalizzati epossidici, disperdenti di esteri poliacrilici, disperdenti di esteri fosforici e disperdenti iperramificati, con una quantità aggiuntiva dello 0,5% -3%, bagnare rapidamente la superficie del riempitivo, scomporre gli agglomerati, formare uno strato spazialmente stabile, ridurre l'attrito tra le particelle e ridurre la viscosità del 30% -50%. Si consiglia di utilizzare disperdenti che riducono la viscosità forte per sistemi ad alto contenuto di solidi, adatti per nanoriempitivi e sistemi di riempimento ad alta area superficiale specifica.
Aggiungere silice in fase gassosa, cera poliammidica, olio di ricino idrogenato e bentonite organica per costruire una struttura tixotropica controllabile:
-A riposo: elevata viscosità per evitare la sedimentazione del materiale di riempimento;
-Durante il taglio (agitazione, dispensazione, sigillatura, travaso): la viscosità diminuisce rapidamente e la fluidità è ottima;
Realizza "bassa viscosità di costruzione+elevata stabilità statica" e si adatta ai processi tradizionali globali come l'erogazione automatizzata, la sigillatura sotto vuoto e lo stampaggio RTM.
I sistemi ad alta viscosità tendono a intrappolare bolle e sono difficili da scaricare. L'aggiunta di antischiuma siliconici organici e agenti livellanti non siliconici può ridurre i residui di bolle, migliorare l'uniformità del sistema ed evitare viscosità virtuali elevate e difetti di stampaggio causati dalle bolle.
Fornire soluzioni differenziate per le richieste del mercato globale in diversi campi, bilanciando prestazioni, processi e conformità ambientale:
1. Incapsulamento elettronico/imballaggio del dispositivo di alimentazione: classificazione del riempitivo sferico+modificazione del silano+resina epossidica a bassa viscosità, che consente di ottenere elevata conduttività termica, bassa viscosità ed elevato isolamento, adatto per l'elettronica automobilistica, la comunicazione 5G e gli inverter fotovoltaici;
2. Materiale composito RTM/infusione sotto vuoto: composto di diluizione attivo a bassa viscosità+dispersione efficiente+reologia di assottigliamento al taglio, migliorando la bagnabilità della resina sulle fibre, adatto per pale aerospaziali e di turbine eoliche;
3. Adesivo/sigillante di fascia alta: agente indurente ammina polietere+disperdente iperramificato, che raggiunge bassa viscosità, elevata adesione, privo di solventi, adatto per batterie di nuova energia e trasporto ferroviario;
4. Componenti elettrici di colata/isolamento: gradazione di riempitivo ignifugo elevato+modifica dell'accoppiamento+resina epossidica a bassa viscosità, adatta per apparecchiature elettriche e di trasmissione ad alta tensione, conforme agli standard globali IEC e UL.
Il problema della viscosità della resina epossidica ad alto riempimento è un problema sistemico nella formulazione, nei riempitivi, negli additivi e nei processi, piuttosto che un punto debole di un singolo collegamento. Attraverso la composizione di matrici a bassa viscosità, la modificazione della superficie e la classificazione dei riempitivi, la selezione precisa di additivi specializzati e un efficiente processo di dispersione, il punto critico del settore relativo all'alta viscosità può essere completamente risolto mantenendo elevati vantaggi di riempimento, migliorando la resa del prodotto, l'efficienza produttiva e la competitività sul mercato globale.
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