快速固化环氧胶用聚酰胺固化剂的合成及性能

引言：环氧树脂因优异的粘结性与电绝缘性，广泛应用于电子封装及复合材料等领域，然而其传统固化剂存在固化速度慢且耐热性不足等问题，聚酰胺类固化剂柔韧且反应活性，但单一组分难以平衡快速固化，因而本文通过优化聚酰胺合成工艺并引入 DDS 固化剂复配，开发出一种适用于高温短时固化的复合体系，为电子材料高效生产提供新方案。

一、原料与设备

本实验采用的主要原料包括对苯二甲酸、二乙烯三胺及三乙烯四胺作为聚酰胺固化剂的合成单体，此胺类化合物含有多个活泼氢，能够与环氧基团发生交联反应，赋予固化体系优异的机械性能。其中对苯二甲酸作为二元酸提供刚性苯环结构，有助于提升固化物的耐热性；二乙烯三胺和三乙烯四胺则通过分子链中的多个胺基实现高交联密度，确保固化强度 此外引入 4,4’- 二氨基二苯砜作为复合固化剂的关键组分，其砜基与苯环结构可有效增强固化物的耐高温性能，而环氧树脂作为基体材料的环氧值适中，与固化剂相容性好，能够形成致密的交联网络；实验所用的设备主要包括集热式恒温加热磁力搅拌器，该设备能够精确控制反应温度并提供均匀的搅拌条件，确保缩聚反应平稳进行；傅里叶红外光谱仪用于实时监测反应进程，通过特征吸收峰验证聚酰胺结构的形成；旋转粘度计则用于测定产物的粘度变化，评估分子量增长情况，为优化反应终点提供数据支持。

二、聚酰胺合成工艺

聚酰胺固化剂的合成可分为投料、缩聚反应以及终点控制三个关键阶段，每个阶段都需要精确把控工艺参数。在投料阶段需严格按照设定的摩尔比对原料进行配比，将精确定量的对苯二甲酸与二乙烯三胺加入特制的反应釜中。对苯二甲酸作为二元酸单体，其苯环结构能够赋予固化产物良好的耐热性，而二乙烯三胺作为多胺单体含有三个活泼氢原子，能够与环氧基团形成高密度的交联网络。原料配比的选择经过多次预实验优化，最终确定最佳摩尔比为 1:2.0，此比例既能保证足够的反应活性，又能避免过量胺基造成的副反应；进入缩聚反应阶段后，整个系统在氮气保护下进行，以此来防止空气中的氧气在高温条件下氧化胺类物质导致产物变色，其反应温度控制在 140\~240℃的范围内，温度过低会导致反应速率过慢，分子量难以增长，温度过高则容易引发分子链断裂或交联过度等副反应；终点控制是决定产物质量的关键，通过定时取样采用酸碱滴定法监测体系的酸值变化，酸值的变化直接反映了反应进行的程度，随着反应的进行羧基不断消耗，酸值逐渐降低，当酸值降至 ⩽10mgKOH/g 时，表明绝大部分羧基已经参与反应，此时立即终止反应可以获得性能最佳的产物。

三、复合固化剂制备

在前期成功合成聚酰胺固化剂的基础上，我们选择 4,4'- 二氨基二苯砜作为复合组分，通过系统的配比实验探索最佳性能组合，实验采用九组不同质量比进行复合，每组配比都经过精确称量，确保实验数据的准确。首先将合成的 PA 固化剂置于 60℃恒温烘箱中预热 30 分钟以降低其粘度，再把 DDS 粉末在 105^∘C 下干燥 2 小时去除可能的水分，然后将预热后的PA 与干燥的 DDS 按照预设比例加入不锈钢混合容器中，使用高速剪切乳化机在 2000rpm 转速下混合 15 分钟，确保两相充分均匀分散。混合过程中温度控制在 70–80‰ 范围内，此温度区间既能保持 PA 的流动性，又不会引起 DDS 的过早反应 [2]。对于某些高 DDS 含量的配方需要延长混合时间至 25 分钟，并适当提高混合温度至 85^∘C ，才能获得均匀的混合物。混合完成后立即将复合物转移至三辊研磨机进行精细研磨，通过三次研磨循环使 DDS 颗粒充分细化并均匀分布在 PA 基体中，最终获得的复合固化剂为均质膏状物，颜色从淡黄色到浅棕色不等。

四、性能测试

本研究对制备的复合固化剂及其固化产物进行了系统全面的性能测试，主要包括固化性能、力学性能以及耐热性三个关键指标，在固化性能测试中重点考察了凝胶时间与完全固化时间两个参数，凝胶时间测试在 25℃恒温环境下进行，采用标准凝胶计时器监测，记录从混合开始到体系失去流动性的时间，此参数直接关系到操作工艺与储存稳定问题。随着 DDS 含量的增加，凝胶时间呈现先缩短后延长的趋势，在 PA:DDS=7:3时达到最佳平衡点，25℃下凝胶时间为 150 分钟，既保证了足够的操作时间，又不会过度延长生产周期；力学性能测试主要考察固化产物的剥离强度，按照IPC-TM-650 2.4.9 标准进行，测试采用电子万能材料试验机，以50mm/min 的拉伸速度测量铜箔与基材之间的剥离强度，为了确保数据可靠，每个样品平行测试 5 次取平均值，结果显示不同配比的复合固化剂表现出较大差异的力学性能，其中 PA:DDS=7:3 的样品表现出最优异的剥离强度，达到 1.46N/mm，比单一 PA 固化剂提高了 76% ；耐热性测试采用

288℃焊锡耐浸性测试来评估材料在高温环境下的使用性能，测试时将固化后的样品浸入 288℃的焊锡浴中，记录其出现分层起泡等失效现象的时间，所有测试均在恒温焊锡槽中进行，温度波动控制在 ±2% 以内 [3]。最终发现复合固化剂提升了材料的耐热性，其中 PA:DDS=7:3 的样品可以承受288℃高温长达 10 秒而不出现明显缺陷，完全满足电子封装工艺的要求。

结束语：本文通过优化聚酰胺固化剂的合成工艺，并结合4,4’- 二氨基二苯砜的复合改性，成功开发出一种适用于快速固化的环氧胶体系，实验结果表明，该复合固化剂在保证优异力学性能的同时提升了固化效率，满足了电子封装领域对高性能材料的需求，今后可进一步探索不同胺类单体或纳米填料对固化剂性能的影响，以拓展其在高温高湿等苛刻环境下的应用潜力。

参考文献：

[1] 梁天锡 , 周阳 , 王文金 , 等 . 新型聚酰胺固化剂的制备及其在岩土胶结中的应用 [J]. 化学与粘合 ,2023,45(02):105-108+113.

[2] 焦阳 . 聚酰胺胺环氧树脂固化剂的合成与性能研究 [D]. 武汉工程大学 ,2022.

[3] 陈力 , 祝宝英 , 张汉青 , 等 . 水性聚酰胺固化剂的研究进展 [J]. 上海涂料 ,2021,59(01):34-39.