1塑料、橡胶和复合材料ppt课件

1、第1章 塑料、橡胶和复合资料.高分子资料包括塑料、橡胶、纤维、胶粘剂和涂料等，其中塑料、合成纤维和合成橡胶被称为现代高分子三大合成资料，塑料占总量的80。而在塑料中占80的是通用高分子，包括聚乙烯、聚丙烯以及聚氯乙烯与聚苯乙烯。塑料、橡胶与纤维三大合成高分子，曾经成为工业消费和日常生活中必不可少的重要资料。.一、根底知识1、聚合物的定义：聚合物是高分子，即由大量的称为单体的小分子连在一同构成的大分子。把这些单体连在一同所涉及的工艺称为聚合。 塑料就是由一组原子或分子链组成的合成聚合物。长分子链包含了氧、氢、氮、碳、硅、氯、氟和硫的各种组合。2、聚合物的类型按照将单体衔接在一同的方式可以分为：加

2、聚和缩聚。加聚：在单体分子的聚合过程中，分子链是经过延续地把一个单体加到另一个单体上构成的。典型的加聚物有：聚烯烃、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、乙烯基树脂和氟塑料等；缩聚：经过两种不同的各自具有两个反响末端基团分子的反响而制备的聚合物称为缩聚物。.一、根底知识3、热塑性塑料和热固性塑料除了橡胶外，一切的聚合物都可以分为以上两种不同类。特点：两种塑料在它们转变成最终产品的某个阶段都是可以成形和模塑的流体；热塑性塑料在冷却时凝固并能重新熔化，热固性塑料经过交联作用构成了三维网络，这导致其不可以重新熔化和重新成形。.4、根据聚合物的构造，还可以分为：线型、支化型、交联型、非晶体型、结晶型的和液晶型。液晶型

3、聚合物被以为是一类性能独特的塑料。其分子是刚性的棒状构造，在熔化和凝固形状下，它们以很大的平行阵列或畴的方式规那么陈列。一、根底知识.一、根底知识5、构造和性能聚合物的构造决议了其性能表现，普通规律如下：有序化的构造比如结晶型和液晶型其刚度和强度更高，而耐冲击才干相对较弱，但是具有较高的耐蠕变性、耐热性和耐化学性；普通结晶型聚合物熔点高，难于加工，非结晶型聚合物在受热时是逐渐和延续地软化，但并没有太高的流动性能相比熔融的结晶型聚合物；液晶型聚合物兼有结晶型聚合物的高熔点，同时在熔融时是逐渐和延续地软化，因此其黏度、翘曲和收缩都是热塑性塑料中最小的。聚合物的力学性能和构造性能，依赖于其组成的分子

4、量和分子量的分布。普通一个给定的聚合物对其详细的运用来说都存在某个最正确的分子量范围，同时其分子在整个资料中的分布也将影响其性能的稳定性。.一、根底知识6、聚合物的合成方法目前有四种根本方法可以合成聚合物，详细选择依赖于详细的运用环境和性能要求，由于不同的合成方法会导致不同的化学组成构造。1本体聚合是最简单的聚合物合成方法，也称为成块聚合。这种方法是仅仅允许单体在有催化剂或没有催化剂的情况下在某个预先确定的反响温度下进展反响构成聚合物。这些单体可以是液态、气态和固态，但实践上几乎一切的本体聚合都是在液相中进展，气相下的聚合需求一定的压力，并参与专门的催化剂才行。本体聚合的缺陷：难以控制反响过程

5、中产生的热以及分子量的分布。因此仅适宜小型浇铸件和批量消费中。.一、根底知识3溶液聚合聚协作用在一种适宜的溶剂中进展的，这种技术称为溶液聚合。4乳液聚合假设单体可以在水乳化液中聚合，这称为乳液聚合。5悬浮聚合单体和构成的聚合物球滴经过搅拌维持悬浮形状而无需运用乳化剂，即聚合物颗粒是经过球滴合并而构成的，这种技术称为悬浮聚合。.一、根底知识7、塑料术语的定义塑料中的专业术语B阶热固性树脂固化中的中间阶段，在这一阶段，树脂受热并发生流动，因而可在所需形状下最终固化pH值一种溶液酸性和碱性状态的度量，pH值是7是中性的（蒸馏水），pH值低于7时随着pH值趋于0酸性变大；pH值大于7时随着pH值趋于1

6、4碱性增大表面电阻率材料表面的单位正方形两个对边之间的电阻，可能由于测量条件的不同变化较大玻璃态转化温度材料失去其玻璃态性能而变成半液态的温度.触变描述材料在静止时呈凝胶状而搅拌时呈液态的行为催化剂这种化学物质可以引起或加速树脂固化但并不成为最终产物的一个化学组成部分弹性模量材料在弹性变形状态下，应力与应变的关系电容当导体之间存在电位差时，导体和介电体的系统储存电的能力。它的数值表示为电量与电位差的比值，并且始终是正值。C=Q/E电阻率材料抵抗电流通过其本体或表面流过的能力。体积电阻率的单位是：欧姆.厘米；面积电阻率的单位是：欧姆介电常数又称介电系数或电容率，它指单位电位梯度下决定介电材料每单

7、位体积储存静电能的性能. K介电强度绝缘材料在发生电击穿前所能经受的电压，通常表示为电压梯度（如伏每密尔，V/mil）晶态熔点材料中的晶态结构破坏的温度聚合使两种或两种以上同种单体或聚合物进行化学结合形成一个具有更高分子量的分子的过程.一、根底知识塑料术语的定义抗弯模量在弹性范围内应力与相应应变的比模塑通过压缩模塑、传递模塑、注射模塑或某些其他的压力工艺形成塑料制品热导率材料导热的能力，是当单位正方体材料的两个面温度差1时，在单位时间内通过其热量的物理常数热固性树脂是一类加热时通过化学反应发生固化，而固化后不能靠加热重新软化的树脂热塑性树脂是一类易于软化且重复加热后又重新软化的树脂，其硬化是通

8、过冷却实现的溶剂溶解其他物质的液态物质.一、根底知识8、几个重要的电绝缘性能的意义1介电强度：是指给介质施加电压后,当电压超越某一极限值时,经过电介质的电流急剧添加,电介质的介电性能被破坏,这种景象称为电介质击穿,这时的电压称为击穿电压,相应的电场强度称为电介质介电强度2电阻率定义或解释：电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种资料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，叫做这种资料的电阻率。单位：国际单位制中，电阻率的单位是欧姆米，常用单位是欧姆平方毫米/米。.阐明：电阻率不仅和导体的资料有关，还和导体的温度有关。在温度变化不大的范围内，：几乎一切金属的电阻率随温度作线性变化，

9、即=0(1+at)。式中t是摄氏温度，0是O时的电阻率，a是电阻率温度系数。由于电阻率随温度改动而改动，所以对于某些电器的电阻，必需阐明它们所处的物理形状。如一个220 V，100 W电灯灯丝的电阻，通电时是484欧姆，未通电时只需40欧姆左右。电阻率和电阻是两个不同的概念。电阻率是反映物质对电流妨碍作用的属性，电阻是反映物体对电流妨碍作用的属性。.(1)常用高分子资料的分子量在几百到几百万之间高分子量使它通常都是固体物质，与同等密度的天然物质相比具有了较高的强度，从而可以作为工业资料运用。而且有很多高分子资料不仅仅是聚合长链，各链间能随便发生交联构成三维空间的宏大网状分子，具有较高强度。(2

10、)高分子资料都是由小分子物质聚合而成，因此我们可以对资料构造进展设计与综合。8、高分子资料的主要优点有：.(3)经过各种手段使高分子或高分子单体与其它物质相互作用后产生物理变化或化学变化，从而使高分子化合物成为能完成特殊功能的功能高分子资料。这些功能高分子资料主要包括： 物理功能高分子资料，如导电高分子、高分子半导体、光导电高分子、压电及热电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子资料等。 化学功能高分子资料，如反响性高分子、离子交换树脂、高分子分别膜、高分子催化剂以及高分子试剂及人工脏器等。此外还有生物功能和医用高分子资料，如生物高分子、模拟酶、高分子药物及人工骨资料等。 .

11、二、热塑性塑料1.聚酰亚胺 polyimide :PI聚酰亚胺的主链构造含有芳环和杂环，使得其耐高温性能好。聚酰亚胺有一系列非常好的综合性能，特别是在200260高低温下具有突出的力学性能、电绝缘性、耐磨性、耐辐照以及在高真空下难挥发性，以及良好的化学稳定性和粘结性等。聚酰亚胺是性能优良的高温胶粘剂，运用温度在200以上，也能很好地粘结玻璃、硼、金刚石、铝、钴、钢、石墨和石英等；另外，聚酰亚胺还可制薄膜、绝缘漆、模压制品等，是电子工业中常用的绝缘、胶粘资料.二、热塑性塑料2.聚酯树脂聚酯薄膜具有良好的电学性能和力学性能，被广泛用于电子工业中。如制造小型电机的槽绝缘，可替代漆布，减薄了绝缘厚度，

12、减少了电机尺寸；聚酯薄膜还可以用来制造压敏带、薄膜绕包线等，可用于小型电容器、变压器与其它电器中。此外还广泛用于制造录音带、感光胶片等。下面引见常见的几种聚酯：树脂：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)除可制成薄膜外，还可用于聚酯纤维与聚酯非织布的制造。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)制品也可用于电气与电子工业的绝缘资料。聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)是一种结晶的热塑性聚合物，熔点高达273，它的抗拉强度很高，能耐沸水的作用，在热的酸性或碱性介质中部是稳定的。可以用来制造薄膜，用作电器绝缘资料。 .二、热塑性塑料3.聚碳酸酯(PC)聚碳酸酯是具有线性构造的热塑性树脂，相对分子质量可达280020000。分

13、子对称性较好，有一定柔曲性，故可以构成结晶。它是透明、强度高、具有耐热性的塑料，可在130下长期任务，是热塑性树脂中较为突出者。尤其是冲击强度大，抗蠕变性能好，甚至在120下仍坚持其强度。因此，其作为工业用塑料而被广泛运用.聚碳酸酯薄膜具有高的电气强度，介电性能随温度、频率变化小，耐水性也较好。这种薄膜可作电磁线绝缘。它可用普通热塑性树脂加工成型的方法如注塑、挤塑、吹塑等加工制造一些电器与电子零件，也可用来制造机械与汽车零件，更可制造浇注绝缘制品，如浇注电缆接头和端部封锁。聚碳酸酯耐化学药品性稍低，不耐碱、强酸和芳香烃。.二、热塑性塑料4.聚氯乙烯(polyvinylchloride ：PVC

14、)聚氯乙烯是由氯乙烯聚合而得的塑料，经过参与增塑剂，其硬度可大幅度改动。用聚氯乙烯制成的硬质制品，有较高的机械强度，特别是冲击韧度优良，因此可用作构造资料。它的介电性能优良，因此也是良好的绝缘资料。聚氯乙烯软制品广泛用于电线电缆。根据不同的运用条件，改动各组分的种类及其用量，可以制成各种电线电缆用的软聚氯乙烯塑料。聚氯乙烯电线电缆用塑料，按用途不同可分护套电缆资料和绝缘级电缆资料。对于绝缘级的聚氯乙烯塑料，主要用于直接包覆导线外表。对于电缆护套用的聚氯乙烯塑料，主要用于电缆的外部维护。.二、热塑性塑料5.聚四氟乙烯(PTFE)聚四氟乙烯为代表性的氟树脂具有优良的耐热性(260)、耐冷件(260

15、)，可在场250下长期运用，接受高温暖高温氧气的腐蚀；也可在300下可短期任务；在很低的温度下(200)脆性很小，具有优良的韧性，可在195下运用。聚四氟乙烯化学性质稳定具有极好的耐化学药品性，是任何溶剂(如氢氟酸、发烟硫酸、浓碱、王水等)都不能溶解或溶胀的，在煮沸的情况下也不能与之发生作用，有“塑料王之美称。仅熔融碱金属能与之发生作用。.聚四氟乙烯在压力作用下变形极小，且不受温度的影响摩擦系数极低(为0.01)，自光滑性很好。另外，聚四氟乙烯的介电性能也很好。用聚四氟乙烯作绝缘的电线电缆，可在高温、高湿、低温等恶劣条件下以及化工厂中长期运用，也可用于高压电器设备及高频绝缘和电线电缆绝缘。其缺

16、陷是不能用通常的加工方法加工，价钱高。 .三、热固性塑料热固性塑料可以比热塑性塑料在更高的温度下任务。聚合物的交联或固化反响是一种放热过程，需求控制温度的升高以防止反响失控，同时聚合物的体积会收缩，此时可以经过参与填料或加强纤维或织物加以控制其收缩率。环氧树脂环氧树脂(EP)是用固化剂固化的热固性塑料，经过醚键衔接各单体。它的粘接性极好，电学性质优良，机械性质也良好。环氧树脂的主要用途是作金属防蚀涂料和粘接剂，常用于印刷线路板和电子元件的封装。对于电子工业来说环氧树脂举足轻重。.四、橡胶添加剂：是为了获得各种具有不同性质的塑料所参与的其他资料，普通有填充剂、稳定剂、固化剂、增塑剂、着色剂等。橡

17、胶在电子工业中的运用较少由树脂和添加剂组成。树脂又分为天然树脂和合成树脂两种，目前合成树脂是运用的主要原料，其主要来源是石油。.几种塑料成形方法引见1.模具 2.喷嘴 3.加热器 4.螺杆 5.料筒 6.料斗 7.螺杆传动安装 8.注射液压缸 9.行程开关1.注射成形.2.挤出成形1.挤出机 2.机头 3.冷却定型安装 4.牵引安装 5.切断器 6.卸料槽.3.紧缩成形压塑或压制成形1.上凸模固定板 2.上凸模 3.凹模 4.下凸模 5.下凸模固定板 6.垫板.4.压注成形 传送成形1.柱塞 2.加料腔 3.上模板 4.凹模 5.型芯 6.型芯固定板 7.垫板.五、运用一切聚合物的加工步骤都包

18、括把聚合物加热使其软化，迫使软化的聚合物进入或经过模具以使其成形，然后将熔融的聚合物冷却或固化成最终的外形。有些聚合物能够是液态的1.层压板大多数印制电路板PWB都是由加强型的热固性树脂制造的。层压板是经过把纺织的加强资料浸在通常溶在溶剂中的液态树脂中，加热浸过的纤维以去除溶剂，并使树脂的固化到达“B阶，这样资料在室温下是刚性的，并容易处置。这称为“预浸料2.粘接剂在电子工业中运用的粘接剂具有与电性能或热力学性能相关的多种要求。普通需求和被粘接资料具有适宜的热膨胀系数以及良好的力学吸附作用。.五、运用3.有机涂层把涂料涂覆到各种基体上，主要是防止基体遭到外界环境或异常冲击的影响。根据详细器件的

19、任务环境，涂层除了易于涂覆之外，还需求相应的物理、化学和电性能的优良特性。保形涂层主要资料类型有：丙烯酸、聚氨脂、环氧树脂、硅橡胶、聚酰亚胺等。.4.高分子绝缘资料：高分子绝缘资料根据用途可分为电工绝缘资料和电子绝缘资料两大类。电工绝缘资料：主要用于电机、电器，如在发电机、电动机中作电枢槽楔、定子绕组、转子绕组的绝缘。按外形分为 6类：绝缘漆、树脂液和胶粘剂类。例如绝缘浸渍漆、硅钢片漆、漆包线漆、灌封树脂液和多种胶粘剂等常用的有环氧树脂、聚酯、聚氨酯、有机硅树脂、聚酰亚胺醇酸树脂等。浸渍纤维制品类。如以树脂浸渍各类棉、丝、合成纤维和玻璃纤维或织物所得的绝缘布、带等制品。层压制品类。各种有机或无

20、机底材浸渍树脂后的层压资料制品，如多种层压板。.4.高分子绝缘资料：电工绝缘资料：主要用于电机、电器，如在发电机、电动机中作电枢槽楔、定子绕组、转子绕组的绝缘。按外形分为 6类：塑料制品类。由树脂中添加各种有机或无机填料制得，如电视机壳，仪器、仪表外壳，电器开关接插件外壳等。薄膜、合成纸及其复合制品类。例如各种高分子薄膜电容器介质资料，常用的有聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等薄膜；各种合成纤维绝缘纸，如芳香族聚酰胺纤维纸、聚酯纤维纸；各种绝缘胶粘带、绝缘胶布等。橡胶制品类。例如各种电线电缆绝缘层与护套、热收缩管、硅橡胶绝缘端子等。.电子绝缘资料：主要用于半导体元器件及其

21、电子设备的绝缘维护。印刷电路板，即覆铜箔板。底材为树脂层压板者，称为刚性覆铜箔板，常采用环氧、酚醛等树脂板；底材为高分子薄膜或单层耐热玻璃漆布，那么称挠性覆铜箔版，常采用聚酯、聚酰亚胺、含氟聚合物薄膜。封装资料，用于防止外界潮气和杂质对半导体元器件参数的影响。目前，大约90以上的半导体元器件采用塑料封装。主要是用环氧树脂和有机硅树脂，其次是酚醛树脂、聚酯、聚丁二烯等。半导体器件用绝缘膜，是大规膜集成电路等半导体元器件的外表维护膜包括接点涂膜、钝化膜、防潮防震膜、防止软误差的射线遮盖膜等和层间绝缘膜。如以聚酰亚胺为主的芳杂环聚合物。.电子封装用聚合物资料开展趋势. 一、聚合物封装资料的重要作用.

22、关键性封装材料1、高性能环氧塑封资料5、导电/热粘结资料 3、高密度多层封装基板. . . . . .2、层间介电绝缘资料4、光波传导介质资料.重要的聚合物资料 1、功能性环氧树脂 2、高性能聚酰亚胺 3、特种有机硅树脂 4、光敏性BCB树脂 5、高性能氰酸酯树脂 . 9H:High Thermal Stability High Dimensional StabilityHigh TgsHigh Mechanical PropertiesHigh Electrical InsulatingHigh Chemical PurityHigh Optical TransparencyHigh Sol

23、ubilityHigh Adhesive 9L:Low ViscosityLow Curing TemperatureLow Dielectric Constant Low Thermal Expansion Low Moisture AbsorptionLow StressLow Ion ContentsLow PriceLow Shrinkage 聚合物封装资料的性能需求.二、高性能环氧模塑资料1、本征阻燃化：无毒无害2、耐高温化：260-280 3、工艺简单化: 低本钱、易加工.环氧塑封资料的无卤阻燃化WEEE & RoHS 熄灭有毒气体大量烟尘不利火灾疏散救援任务环氧树脂的阻燃性. 实

24、现环氧塑封资料无卤阻燃的途径无卤阻燃 金属氢氧化物 含氮阻燃体系 含硅阻燃体系 本征阻燃体系 含磷阻燃体系 . 本征阻燃性环氧塑封资料玻璃化温度介电常数吸水率650残炭in N2FBE/FBN1513.80.2755.8PBE/PBN1294.20.3632.7FBEFBN极限氧指数UL-9437.6V-035.9V-1.本征阻燃性环氧塑封资料Water uptake %SiO2 %F seriesB series80%0.130.1481%0.120.1383%0.080.1185%0.070.10样品尺寸：50*3 mm测试条件：沸水中浸泡8小时.本征阻燃性环氧树脂的阻燃机理 主链中含有联

25、苯构造和苯撑构造的酚醛型环氧树脂和酚醛型环氧固化剂在固化反响后构成了高度阻燃的网络构造，其阻燃性主要归功于在高温下的低弹性和高抗分解性导致熄灭时构成稳定的泡沫层。泡沫层主要由树脂体，炭和分解时产生的挥发性物质构成，有效地阻隔了热传送。 . 最近研制无卤阻燃塑封料的性能性能单位指标粘度Pas40螺旋流动长度175 oC/cm112弯曲强度MPa145弯曲模量GPa27玻璃化温度oC155CTE1ppm/ oC8.2CTE2ppm/ oC28.1阻燃（无卤阻燃）UL-94V-0t1+t2(s)1.21.23.51.14.3tf(s)11.3. 高耐热PI塑封资料注射温度：360 oC 注射压力：1

26、50 MPa模具温度：150 oC拉伸强度MPa拉伸模量GPa断裂伸长率%弯曲强度MPa弯曲模量GPa注塑件1002.9501423.2模压件993.07.41523.4薄 膜1082.37.4-. 三、液体环氧底填料 .Underfill 的作用: 1) 加强机械稳定性 2) 降低CTE及内应力 3) 防尘防潮防污染. 环氧底填料的填充工艺1、毛细管流动型填充工艺 a) 规范毛细管流动填充 b) 真空辅助毛细管填充 c) 加压辅助毛细管填充 d) 重力辅助毛细管填充2、非流动型填充工艺3、模压填充工艺4、圆片级填充工艺环氧底填料成为工艺成败的关键要素.1、粘度：4000-5000 mPa.s

27、 (25 oC)2、玻璃化温度：150 3、热膨胀系数： 20 ppm/。4、弯曲模量：9.5 GPa。5、吸水率：0.8% (85/85RH/72h)6、室温保管时间：13000-15000cps 25/16h 7、低温保管时间：16000-18000cps -40/6 months 典型Underfill资料的性能. 四、Low-k 层间介质资料 1、光敏聚酰亚胺树脂 2、光敏BCB树脂 3、光敏PBO树脂 .高电绝缘性击穿强度高低CTE低介电常数低介电损耗宽频/高温稳定吸潮率低抗高温湿热 聚酰亚胺资料的优良性能尺寸稳定好/抗蠕变Polyimides耐化学腐蚀物理稳定性好 耐高温/耐低温.

28、 聚酰亚胺在电子封装中的运用 1、芯片外表钝化维护； 2、多层互连构造的层间 介电绝缘层ILD； 3、凸点制造工艺 4、应力缓冲涂层； 5、多层封装基板制造 . PI在FC-BGA/CSP中的典型运用.先进封装对PI资料的性能要求. PSPI树脂的开展趋势. PSPI树脂的光刻工艺非光敏性PI树脂光敏性PI树脂. 化学所层间介质树脂的研讨.国产正性PSPI树脂的光刻图形. 光敏性苯并环丁烯(BCB)树脂. 光敏性BCB树脂的化学过程. 光敏性BCB树脂的光刻工艺.五、高密度封装基板 1、低介电常数与损耗 2、耐高温化：260 oC 3、多层高密度化 . 先进聚合物封装基板微孔衔接微细布线多层布

29、线薄型化.封装基板对资料性能的要求封装技术开展无铅化高密度化高速高频系统集成化高韧性高Tg低介电常数低吸水率综合性能优良低CTE微细互联多层化薄型化高频信号集肤效应信号衰减多类型系统混杂植入无源有源器件回流焊温度提高约30oC液态阅历时间延伸降温速率加快.优点：加工性能好本钱低缺陷：Tg低150oC韧性差封装基板用基体树脂环氧树脂BT树脂PI树脂优点：Tg较高200oC缺陷：韧性差优点：高Tg300oC高力学性能综合性能优良缺陷：加工困难.优点： 1耐高温: 可耐受无铅焊接温度 及耐受热冲击实验240-270oC)； 2力学性能高，尺寸稳定性好， 热膨胀系数小，翘曲度小，平 整性好； 3化学稳定性好，可耐受电镀 液的侵蚀及其它化学品的腐蚀； 4电性能优良，e, tand 低，高频 稳定； 5本征性阻燃，不需求添加阻 燃剂，环境友好。 6适于高密度互连HDI的 积层多层板BUM的基板。高密度PI封装基板资料. 有芯板 无芯板PI/Glass芯板积层树脂Tg，oC260Tg，oC260介电常数4.4介电常数2.7线宽，m17线宽，m3线间距，m75/75线间距，m15/15层