以下是一些会影响聚硅氮烷绝缘材料性能的因素:
原材料因素
聚硅氮烷本身的结构与分子量:聚硅氮烷分子链中硅 - 氮键的分布、侧基种类及数量等结构特征会影响其固化后的性能。例如,分子链中含有较多活性基团的聚硅氮烷,固化后可能形成更致密的交联结构,有助于提升绝缘性能;而分子量大小也很关键,低分子量的聚硅氮烷在加工时流动性好,但固化后形成的材料交联密度相对较低,可能影响绝缘性能的长期稳定性,高分子量的聚硅氮烷虽能提供较高的交联密度,但可能存在加工难度增大的问题。
杂质含量:原材料中若含有微量的金属离子、卤素等杂质,会对聚硅氮烷绝缘材料的电性能产生不良影响。金属离子在电场作用下可能成为导电的载流子,增加材料的导电性,降低绝缘性能;卤素原子可能在高温等条件下引发化学反应,破坏材料的稳定结构,导致绝缘性能下降。
固化工艺因素
固化温度:温度对聚硅氮烷的固化反应起着关键作用。如果固化温度过低,聚硅氮烷的交联反应进行得不充分,分子链之间不能形成足够的化学键,会使得固化后的材料交联密度低,机械强度和绝缘性能都达不到最佳状态;而固化温度过高,可能导致材料出现过度交联,产生内应力,引起材料变脆,甚至有可能使材料发生分解等异常情况,同样会损害其绝缘性能。
固化时间:固化时间不足时,聚硅氮烷不能完成充分的固化反应,会残留一些未反应的活性基团,这不仅影响材料的稳定性,还会使绝缘性能大打折扣,比如可能出现介电常数升高、电阻降低等问题;但固化时间过长,除了会增加生产成本和生产周期外,也可能因过度交联等使材料性能下降,例如韧性变差、容易开裂等,进而影响其作为绝缘材料的实际使用效果。
固化剂种类与用量:不同的固化剂与聚硅氮烷发生反应的机理和活性不同,其选择会影响固化后材料的性能。例如,有的固化剂能促使形成更稳定、致密的交联结构,有助于提高绝缘性能;而固化剂用量若不合适,用量过少会使交联反应不完全,用量过多则可能引发副反应或者导致材料内部结构不均匀,都会对绝缘性能产生负面作用。
环境因素
温度:在使用过程中,环境温度是影响聚硅氮烷绝缘材料性能的重要因素。高温环境下,材料的分子链可能会发生热运动加剧、化学键断裂等情况,导致绝缘性能下降,如介电常数增大、电阻降低等;低温环境则可能使材料变脆,柔韧性降低,在受到外力作用时容易出现开裂、破损等问题,破坏绝缘结构完整性,进而影响绝缘效果。
湿度:湿度对聚硅氮烷绝缘材料性能影响显著。高湿度环境中,水分容易渗入材料内部,一方面可能与材料中的某些活性基团发生反应,改变材料的化学结构,另一方面会增加材料的导电性,使绝缘电阻降低,出现漏电甚至短路等现象,严重影响其作为绝缘材料的正常使用。
化学物质接触:当聚硅氮烷绝缘材料接触到酸碱溶液、有机溶剂、腐蚀性气体等化学物质时,这些物质可能会与材料发生化学反应,腐蚀、溶解或者破坏材料的结构,从而导致绝缘性能变差。例如,酸性溶液可能会破坏材料中的硅 - 氮键等关键化学键,使材料失去原有的绝缘性能。
加工工艺因素
混合均匀程度:在制备聚硅氮烷绝缘材料时,如果各组分(如聚硅氮烷、固化剂、填料等)混合不均匀,会导致材料内部结构不均匀,有的区域固化充分,有的区域则固化不完全,使得材料整体的绝缘性能不一致,出现局部性能薄弱点,容易在使用过程中引发绝缘故障。
成型工艺:不同的成型工艺,如涂覆、注塑、压制等,会影响材料的致密度、表面平整度以及内部应力分布等。例如,涂覆工艺操作不当可能导致涂层厚度不均匀,薄的地方绝缘性能不足,厚的地方可能出现开裂、脱落等问题;注塑工艺中若模具设计不合理或者注塑参数不合适,可能使成型的材料内部存在气孔、裂纹等缺陷,降低绝缘性能。
填料因素
填料种类:添加填料是为了改善聚硅氮烷绝缘材料的性能,但不同种类的填料效果各异。例如,添加无机绝缘填料(如氧化铝、二氧化硅等)可以提高材料的热稳定性、机械强度和绝缘性能,因为这些填料本身具有良好的绝缘性和耐高温等特性;而若添加了具有一定导电性的填料(如某些金属粉末,即便含量很低),则会使材料的绝缘性能大幅下降。
填料含量:填料的含量需要合理控制。含量过低时,对材料性能的改善作用不明显;含量过高时,可能会影响聚硅氮烷的固化反应,导致材料难以均匀分散,出现团聚现象,使材料的加工性能变差,同时也可能破坏材料原本的结构,进而影响绝缘性能。
填料粒径与分散性:填料的粒径大小影响其在聚硅氮烷中的分散性以及与聚硅氮烷的相互作用。小粒径的填料能更好地填充在材料内部的空隙中,增加材料的致密性,有助于提高绝缘性能,但粒径过小可能导致团聚问题加剧;良好的分散性可以保证填料在材料中均匀分布,使材料性能均匀稳定,若分散性不好,则会出现局部性能差异大的情况,影响整体的绝缘效果。
室温固化聚硅氮烷,请查看
IOTA 9150, IOTA 9150K.
高温固化聚硅氮烷,请查看
IOTA 9108,
IOTA 9118.