專利名稱：低溫可固化環(huán)氧帶材和其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低溫可固化環(huán)氧帶材層合物以及其制備和使用方法。
背景技術(shù)：
半結(jié)構(gòu)粘合劑已用于汽車、航空和電子工業(yè)中以形成金屬-金屬粘結(jié)和金屬-塑料粘結(jié)。通常，在電子工業(yè)中，半結(jié)構(gòu)粘合劑可用于在電子器件中將許多元件機械性地粘結(jié)在一起。通常用于這些應(yīng)用中的半結(jié)構(gòu)粘合劑可以是具有潛在性固化劑并且當(dāng)預(yù)粘合劑(pre-adhesive)組分暴露于高溫時可形成持久粘結(jié)的單組分或雙組分環(huán)氧系統(tǒng)。通常通過將反應(yīng)性預(yù)粘合劑組分與潛在性固化劑混合并且然后將預(yù)粘合劑混合物涂布在襯片上來制備半結(jié)構(gòu)粘結(jié)帶材。任選地，可在固化之前將增強纖維層或稀松布嵌入預(yù)粘合劑混合物中以賦予粘結(jié)帶材更大的機械強度。通常，用于制備半結(jié)構(gòu)粘結(jié)帶材的潛在性固化劑在高于約120°C的溫度下活化。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)半結(jié)構(gòu)粘結(jié)帶材用于粘結(jié)電子器件中的元件時，高固化活化溫度可能破壞所述電子器件中的敏感性部件。此外，由于固化劑與涂布預(yù)粘合劑混合物中所用的溶劑的反應(yīng)，常規(guī)半結(jié)構(gòu)粘結(jié)帶材可能具有有限的儲藏期限。因此，需要新型半結(jié)構(gòu)粘結(jié)帶材，其可以在低于約120°C的溫度下固化并且具有比常規(guī)帶材更長的儲存期限并且可用于粘結(jié)例如電子器件中的元件等元件。在一個方面，提供一種帶材，所述帶材包括:固化劑層，具有第一側(cè)面和相對的第二側(cè)面，其中所述固化劑層包括稀松布、至少部分地封閉所述稀松布的粘結(jié)劑層以及分散在所述粘結(jié)劑層中的潛在性固化劑；第一環(huán)氧層，設(shè)置在所述固化劑層的所述第一側(cè)面上；和第二環(huán)氧層，設(shè)置在所述固化劑層的所述第二側(cè)面上。在另一方面，提供一種制備帶材的方法，所述方法包括:使用于環(huán)氧樹脂的潛在性固化劑分散在包括稀松布的粘結(jié)劑層中，其中所述粘結(jié)劑層具有相對的兩個側(cè)面；干燥所述粘結(jié)劑層；以及將環(huán)氧樹脂層合到所述粘結(jié)劑層的所述相對側(cè)面的每一側(cè)面上。在又另一方面，提供一種在電子器件上使用環(huán)氧帶材的方法，所述方法包括:將環(huán)氧帶材層合到第一電子元件上以形成層合物；將第二電子元件施加到所述層合物上以形成組件；和加熱所述組件以固化所述環(huán)氧帶材，其中所述環(huán)氧帶材包括:固化劑層，具有第一側(cè)面和相對的第二側(cè)面；第一環(huán)氧層，設(shè)置在所述固化劑層的所述第一側(cè)面上；和第二環(huán)氧層，設(shè)置在所述固化劑層的所述第二側(cè)面上，并且其中所述固化劑層包括稀松布、至少部分地封閉所述稀松布的粘結(jié)劑層以及分散在所述粘結(jié)劑層中的潛在性固化劑。在本發(fā)明中:“固化劑層”是指包括潛在性固化劑以及稀松布和粘結(jié)劑的環(huán)氧帶材層；
“潛在性固化劑”是指直到利用例如熱量等能量源活化之前都是非活性的催化劑(例如胺催化劑)；和
“稀松布”是指可用作環(huán)氧粘合劑帶材的增強材料的織造或非織造多孔材料。以上內(nèi)容并非意圖描述本發(fā)明每種實施方式的每一個公開實施例。


和隨后的具體實施方式
更具體地對示例性實施例進行了舉例說明。

圖1A-1C是所提供環(huán)氧帶材的實施例的制備方法的順序側(cè)視圖。圖2是所提供環(huán)氧帶材的實施例的側(cè)視圖舉例說明。圖3A-3B是使用所提供環(huán)氧帶材來形成金屬-金屬粘結(jié)的方法的側(cè)視圖舉例說明。圖4是包括熱粘結(jié)薄膜的所提供環(huán)氧帶材的實施例的側(cè)視圖舉例說明。圖5是在100°C下粘結(jié)I分鐘或2分鐘的鋁粘附物的以kg/cm2測量的交搭剪切強度(overlap shear strength, OSS)積聚相對于室溫下時間的曲線圖。
具體實施例方式在下面的描述中，參考形成本說明的一部分的附圖，并且其中以圖示方式示出了若干具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的前提下，可以設(shè)想出其它實施例并進行實施。因此，以下的具體實施方式
不具有限制性意義。除非另外指明，否則說明書和權(quán)利要求書中所使用的所有表達特征尺寸、量和物理特性的數(shù)值均應(yīng)理解成由術(shù)語“約”修飾。因此，除非有相反的說明，否則在上述說明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，這些近似值可以根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員使用本文所公開的教導(dǎo) 內(nèi)容尋求獲得的期望性質(zhì)而變化。通過端值表示的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)的所有數(shù)字(如，I到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及該范圍內(nèi)的任何范圍。所提供環(huán)氧帶材構(gòu)造包括具有第一側(cè)面和相對的第二側(cè)面的固化劑層。所述固化劑層具有稀松布、至少部分地封閉所述稀松布的粘結(jié)劑以及分散在所述粘結(jié)劑中的潛在性固化劑。固化劑層是唯一的包括固化劑的層，直到通過將環(huán)氧帶材加熱到比潛在性固化劑的活化溫度更高的溫度來起始粘結(jié)為止。所提供環(huán)氧帶材構(gòu)造還包括設(shè)置在固化劑層的第一側(cè)面上的第一環(huán)氧層和設(shè)置在固化劑層的第二側(cè)面上的第二環(huán)氧層。在一些實施例中，可能只存在設(shè)置在固化劑層的第一側(cè)面上的第一環(huán)氧層和在固化劑層的相對的第二側(cè)面上的一種不同粘合劑(可通過固化劑層活化或不可通過固化劑層活化)。這種不同的粘合劑可以是壓敏性丙烯酸系粘合劑、水分可固化或輻射可固化熱固性粘合劑、或在高于室溫但低于固化劑層的活化溫度的溫度下具有顯著粘性流動的具有低Tg的熱固性粘合劑。在一些其它實施例中，預(yù)期所提供環(huán)氧帶材可在固化劑層的相對的第二側(cè)面上具有并非粘合劑的另一種材料。所提供的環(huán)氧帶材構(gòu)造提供比類似構(gòu)造更長的儲藏期限，所述類似構(gòu)造是通過將含有環(huán)氧層和固化劑的溶液涂布在稀松布上，移除溶劑，并且在粘結(jié)之前儲存環(huán)氧帶材來制備。潛在性固化劑、尤其是具有低活化溫度的潛在性固化劑與環(huán)氧樹脂的接觸可允許環(huán)氧樹脂緩慢固化，這是由潛在性固化劑與可能殘留在環(huán)氧帶材中的殘余溶劑的相互作用造成的。所提供環(huán)氧帶材具有至少部分地封閉稀松布的粘結(jié)劑層并且所述粘結(jié)劑層含有潛在性固化劑。粘結(jié)劑(在一個實施例中是聚異戊二烯)即使在高于其活化溫度下也不與固化劑反應(yīng)。環(huán)氧層的至少一部分不包括固化劑或潛在性固化劑。粘結(jié)劑的功能是將分散的潛在性固化劑保持在稀松布中?？蓪h(huán)氧樹脂層層合到干燥后的固化劑層上。所得環(huán)氧帶材構(gòu)造可以在環(huán)氧層中不具有殘余溶劑并且直到超過潛在性催化劑的活化溫度之前在環(huán)氧層中不具有固化劑。在活化后，固化劑(通常是胺或咪唑)被釋放出，可遷移通過粘結(jié)劑并進入一個或多個環(huán)氧層中，然后可以開始在兩個可粘結(jié)基底之間建立半結(jié)構(gòu)粘結(jié)的過程。本文描述了環(huán)氧帶材的構(gòu)造以及所述環(huán)氧帶材的制備和使用方法。固化劑層所提供可固化環(huán)氧帶材包括具有稀松布的固化劑層。所述稀松布可以是本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員熟知的任何織物、纖維、布料、網(wǎng)織品或任何非織造材料。在一些實施例中，稀松布可以是通過將尼龍的連續(xù)長絲紡絲并粘結(jié)以形成平坦、光滑、強韌的挺括織物而制成的非織造織物?？捎糜谥苽渌峁┉h(huán)氧帶材的典型稀松布包括賽雷克斯(CEREX)織物，可得自佛羅里達州彭薩科拉市賽雷克斯先進織物公司(Cerex Advanced Fabrics, Inc.,Pensacola,FL)。固化劑層具有第一側(cè)面和相對的第二側(cè)面。固化劑層包括稀松布、至少部分地封閉稀松布的粘結(jié)劑層以及分散在粘結(jié)劑層中的潛在性固化劑。在一些實施例中，粘結(jié)劑層可完全封閉稀松布。表I提供用于形成環(huán)氧帶材的不同層的示例性化學(xué)物及材料。還顯示了典型的比率、每一材料的功能以及其對最終層的影響。在一些實施例中，稀松布層可含有固化劑(FUJICUREFXR-1020，可得自富士化成工業(yè)(Fuji Kasei Industries))和高分子量聚異丁烯(PIB)(歐巴諾爾(0PPAN0L) B200，新澤西州蒙特奧利夫市巴斯夫(BASF，Mt.0live，NJ))。固化劑FXR-1020含有具有NH2官能團的氨基烷基-咪唑以及具有兩個氮原子與一個活性氫的環(huán)胺。聚異丁烯可溶解在庚烷中以形成溶液，然后可將粉末固化劑分散在這種溶液中。庚烷是合適的溶劑，因為固化劑不溶解在庚烷中并且良好分散在所述溶劑中。聚異丁烯可充當(dāng)潛在性固化劑分散劑的粘結(jié)劑并且可將固化劑粘結(jié)到稀松布層上。聚異丁烯另外可能有助于產(chǎn)生穩(wěn)定均勻的固化劑分散并且可以防止在涂布到稀松布上之前固化劑在涂布混合物中沉淀。聚異丁烯還可以改變?nèi)芤旱恼扯纫杂兄谕坎季鶆蚨取＞郛惗∠┻€可以在涂布期 間充當(dāng)潤滑劑并且可以在涂布之后和在干燥期間(溶劑移除)充當(dāng)稀松布與固化劑之間的粘結(jié)劑。盡管論述聚異丁烯作為粘結(jié)劑，但也可以使用其它粘結(jié)劑材料。粘結(jié)劑的重要特性在于它可以有助于在涂布期間分散潛在性固化劑，并且可以用穩(wěn)定方式支撐固化劑直到含有所述固化劑的環(huán)氧帶材活化為止。另外，粘結(jié)劑需要能夠允許經(jīng)過活化的固化劑輕易地遷移通過粘結(jié)劑并且進入到環(huán)氧樹脂中以形成強半結(jié)構(gòu)鍵。典型的粘結(jié)劑包括(但不限于)熟知的彈性體，例如天然或合成橡膠、聚異戊二烯、丁基橡膠、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯橡膠、丁腈橡膠、乙烯-丙烯橡膠、聚丙烯酸橡膠、乙烯-乙酸乙烯酯或具有例如上文所述特性等特性的任何其它彈性體。在一些實施例中，稀松布可具導(dǎo)電性。舉例來說，稀松布可包括涂鎳的碳稀松布。示例性涂鎳的碳稀松布包括碳纖維非織造稀松布，例如奧普蒂瑪(0ΡΤΙΜΑΤ) 203系列20301稀松布,可得自英國格拉斯哥市奧普蒂瑪有限公司(Optimat, Ltd., Glasgow, UnitedKingdom)。利用導(dǎo)電稀松布的環(huán)氧帶材能夠使粘結(jié)在一起的兩個金屬部件接地,從而替代對于點焊的需求。其它有用的導(dǎo)電稀松布是涂鎳的銅稀松布，其可用作例如電磁干擾濾波器中的護罩。在其它實施例中，稀松布可以是具有約140°C的熔點的熱熔融稀松布，所述熔點高于用于使環(huán)氧樹脂和固化劑固化的粘結(jié)溫度并且低于可能對所粘結(jié)的任何塑料造成破壞的溫度。如果需要將部件、尤其是電子器件中所容納的部件返工，那么可以將粘結(jié)的部件加熱，拆卸以進行返工或替換，然后冷卻以重新形成粘結(jié)。在其它實施例中，稀松布可以是熱塑性稀松布。典型的熱塑性稀松布包括聚烯烴或乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)稀松布，其可用于制衣并且例如可得自特拉華州威爾明頓市杜邦公司(DuPont, Wilmington, DE)。固化劑所提供可固化環(huán)氧帶材包括潛在性固化劑?？捎糜谒峁┉h(huán)氧帶材中的潛在性固化劑包括微囊封咪唑固化劑。微囊封咪唑固化劑是熟知的。它們可具有不同的活化溫度。一般來講，微囊封咪唑經(jīng)聚合物涂層涂布，從而使得所述微囊封咪唑與其中可能摻入所述微囊封咪唑的樹脂保持隔離。可能具有低達約80°C的活化溫度的微囊封咪唑可作為例如NOVACURE HX3722(可得自日本東京旭化成化學(xué)(Asahi Kasei Chemicals, Tokyo, Japan))商購，它是微囊封咪唑與雙酚A型環(huán)氧樹脂以1: 2重量比的混合物。在80°C下活化的另一種示例性潛在性固化劑是FUJI⑶RE FXR 1020，可得自日本東京富士化成工業(yè)。其它的潛在性催化劑可得自加利福尼亞州門洛帕克市蘭德克公司(Landec Corporation,Menlo Park,CA)。在本發(fā)明范圍內(nèi)的其它潛在性催化劑包括其它囊封胺或胺衍生物。其它合適的熱活化固化劑可包括經(jīng)取代的咪唑，例如2-[β_[2'-甲基咪唑基-(Γ )]]_乙基-4，6-二氨基-S-三嗪(2ΜΖ-Α)、2，4-二氨基-6-6[2'-甲基咪唑基-(Γ )]_乙基-S-三嗪異氰脲酸酯加合物(2ΜΑ-0Κ)(如由日本四國公司(ShikokuCompany, Japan)所提供)、以及4, 5_ 二苯基咪唑和其組合。適用于環(huán)氧樹脂中的另外的熱活化固化劑是 咪唑和經(jīng)取代咪唑的過渡金屬鹽絡(luò)合物，例如1-甲基咪唑/Cu(NO3)2.H2O絡(luò)合物、1-芐基咪唑/Cu (NO3) 2.H2O, 1-芐基-2-甲基咪唑/Cu (NO3) 2.H2O, 1-甲基咪唑/Zn(NO3)2.H2OU-甲基咪唑/Ni (NO3)2.H2O0最后，用于環(huán)氧樹脂的熱活化固化劑可包括金屬咪唑鹽，如咪唑鋅和咪唑銅。環(huán)氣層可用于本發(fā)明組合物的環(huán)氧樹脂是縮水甘油醚型的?？捎玫臉渲ň哂型ㄊ?br> (I)的那些:
權(quán)利要求
1.一種帶材，其包括: 固化劑層，具有第一側(cè)面和相對的第二側(cè)面，其中所述固化劑層包括: 稀松布； 粘結(jié)劑層，至少部分地封閉所述稀松布；和 潛在性固化劑，分散在所述粘結(jié)劑層中； 第一環(huán)氧層，設(shè)置在所述固化劑層的所述第一側(cè)面上；和 第二環(huán)氧層，設(shè)置在所述固化劑層的所述第二側(cè)面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶材，其中所述稀松布包括織物、纖維、布料、網(wǎng)織品或非織造材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶材，其中所述稀松布具導(dǎo)電性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶材，其中所述粘結(jié)劑層包含高分子量聚丁烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶材，其中所述潛在性固化劑包含咪唑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶材，其中所述潛在性固化劑在小于約120°C的溫度下活化。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶材，其中所述潛在性固化劑在介于約75°C與85°C之間的溫度下活化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶材，其中所述第一環(huán)氧層和所述第二環(huán)氧層中的至少一個在室溫下包含固態(tài)環(huán)氧樹脂和液態(tài)環(huán)`氧樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶材，其中所述固態(tài)環(huán)氧樹脂和所述液態(tài)環(huán)氧樹脂中的至少一種包含雙酚A的二縮水甘油醚。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶材，其還包含腈丁二烯橡膠。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶材，其還包含著色劑、抗氧化劑、流平劑、基礎(chǔ)劑、消光劑、硅烷偶聯(lián)劑、惰性填充劑、粘結(jié)劑、發(fā)泡劑、殺真菌劑、殺細菌劑、表面活性劑和增塑劑中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶材，其還包含與所述第一環(huán)氧層或所述第二環(huán)氧層中的至少一個相接觸的至少一個熱粘結(jié)薄膜。
13.一種制備環(huán)氧帶材的方法，其包括: 將用于環(huán)氧樹脂的潛在性固化劑分散在包括稀松布的粘結(jié)劑層中，其中所述粘結(jié)劑層具有相對的兩個側(cè)面； 干燥所述粘結(jié)劑層；和 將環(huán)氧樹脂層合到所述粘結(jié)劑層的所述相對側(cè)面的每一側(cè)面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制備環(huán)氧帶材的方法，其中所述潛在性固化劑在介于約75 °C與85 °C之間的溫度下活化。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制備環(huán)氧帶材的方法，其中所述粘結(jié)劑包含高分子量聚異丁烯。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制備環(huán)氧帶材的方法，其中所述環(huán)氧樹脂在室溫下包含固態(tài)環(huán)氧樹脂和液態(tài)環(huán)氧樹脂。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制備環(huán)氧帶材的方法，其中所述固態(tài)環(huán)氧樹脂和所述液態(tài)環(huán)氧樹脂中的至少一種包含雙酚A的二縮水甘油醚。
18.—種在電子器件上使用環(huán)氧帶材的方法，其包括:將環(huán)氧帶材層合到第一電子元件上以形成層合物； 將第二電子元件施加到所述層合物上以形成組合件；和 加熱所述組合件以固化所述環(huán)氧帶材， 其中所述環(huán)氧帶材包括:固化劑層，具有第一側(cè)面和相對的第二側(cè)面； 第一環(huán)氧層，設(shè)置在所述固化劑層的所述第一側(cè)面上；和第二環(huán)氧層， 設(shè)置在所述固化劑層的所述第二側(cè)面上，并且 其中所述固化劑層包括稀松布、至少部分地封閉所述稀松布的粘結(jié)劑層以及分散在所述粘結(jié)劑層中的潛在性固化劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求1 8所述的在電子器件上使用環(huán)氧帶材的方法，其中所述第一電子元件包含金屬或塑料并且所述第二電子元件包含金屬或塑料。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的在電子器件上使用環(huán)氧帶材的方法，其中加熱在小于約110°c的溫度下進行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低溫可固化環(huán)氧帶材，其可用作汽車、航空和電子工業(yè)中的半結(jié)構(gòu)粘合劑帶材以形成金屬-金屬粘結(jié)和金屬-塑料粘結(jié)。所提供環(huán)氧帶材包括固化劑層。所述固化劑層包括稀松布、至少部分地封閉所述稀松布的粘結(jié)劑層以及分散在所述粘結(jié)劑層中的潛在性固化劑。涂布所述固化劑層并且然后干燥出溶劑。然后將環(huán)氧層層合到所述固化劑層的頂部和底部。所述環(huán)氧帶材設(shè)置在被粘結(jié)在一起的兩個部件之間，然后加熱到最多約110℃的溫度以活化并分散活性固化劑。形成半結(jié)構(gòu)粘結(jié)。另外，本發(fā)明提供一種制備所述環(huán)氧帶材的方法。
文檔編號C08J3/24GK103201320SQ201180039822
公開日2013年7月10日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者D·J·普勞特, S·M·辻, 王振忠, 李祥光 申請人:3M創(chuàng)新有限公司