■ PerkinElmer, Inc.
前言
傳統研究環氧樹脂固化的方法主要關注材料的熱化學和熱流變性能。因為玻璃化轉變溫度(Tg) 與材料的功能特性──例如機械强度、摩擦力、滲透性等關係緊密。環氧樹脂的研究常依靠差示掃描量熱儀(DSC) 和動態熱機械分析儀(DMA) 來定量。DSC 也可以表徵材料在熱固過程中的的固化度並確定固化動力學DMA能夠表徵固化過程中的流變性質變化、固化後的模量變化和Tg 值。在很多情况下，由於DMA 對Tg 檢測更靈敏，因此使其成為研究環氧樹脂的首選方法。
本研究認為即使當環氧樹脂間的固化情况和最終的特性非常相似，它們的使用特性也許還會受其它因素的影響。材料的熱重分析(TGA) 表徵表明其在固化後仍有相當大的失重。失重部分可以通過諸如熱重- 質譜儀(TG-MS) 或者是熱重分析- 氣相/ 質譜分析儀(TGGC/MS) 的聯用技術來進行表徵。
本研究所用的樣品是用於電子組裝的三個環氧樹脂試樣。三個材料都已固化並具有各自的固化特性。然而其中一種材料與大量組件的失效有關。雖這種情况是間歇發生的，但發生時會產生30% 失效率。
實驗部分
收到的三個商用環氧樹脂複合物樣品為含有一種環氧組分和不同胺組分的雙組分體系。這些樣品中有間歇性導致由其製得的電子工業上使用部件失效的試樣。研究時固化試樣在室溫下按一定質量混合並裝載。為了使樣品固化，試樣在室溫下混合並置於矽模具中於30° C 固化。固化一個晚上後，取出試樣，在100° C下進行8 小時的二段硫化。
DSC 研究是在PerkinElmer® DSC8500 上進行的，該儀器帶有Intracooler 2 製冷機，Pyris® SoftwareVersion 11 軟體和氮氣氛。用50 微升的樣品盤，試樣用10-15 毫克，以10° C/ 分鐘速度升溫。
DSC 研究是在PerkinElmer® DSC8500 上進行的，該儀器帶有Intracooler 2 製冷機，Pyris® Software Version 11 軟體和氮氣氛。用50 微升的樣品盤，試樣用10-15 毫克，以10° C/ 分鐘速度升溫。PerkinElmer DMA8000 儀器用於所有樣品的DMA 的研究。試樣放在15 毫米直徑平行盤中固化，固化好的試樣放在上述的平板或單懸臂梁模式進行試驗。所有實驗均在氮氣氣氛下完成。
P e r k i n E l m e r 公司的P y r i s 1 T G A 與PerkinElemrClarus® 600 GC/MS（質譜或氣相 / 質譜均可）用於所有TGA 和GC/MS 聯用技術的研究。試樣大概10 毫克，TGA 的氮氣流速為40 毫升/ 分鐘，GC/MS 的氦氣流速與之相同。對於GC/MS 分析，試樣經過TGA 正常運行時，在感興趣的溫度區間經過15° C 的柱子收集並隨後用標準方法進行相應的實驗。
圖1：DMA 檢測的固化曲線
圖2：環氧樹脂的TGA 顯示在低溫時的失重。TG-MS 和TG-GC/MS 確定失重的部分是胺化合物
結論
透過DSC 和DMA 所測之三個樣品的固化比較，表明了它們固化行為的不同。以10° C/ 分鐘升溫速度得到的DSC 數據沒有顯示出樣品間的明顯區別。儘管在30° C 等溫的DMA 曲線有差異，固化材料僅顯示它們的最終模量和Tg 值有微小的差異，這使得研究者懷疑環氧樹脂在其最終使用時的性能是一樣的。圖1 所示為一個DMA 固化曲線例子，雖然時間不同，但所有的試樣完全固化。DSC 測量得到相似的被固化材料固化焓和Tg 值，結果表明試樣之間的這些參數幾乎沒有差異。表1 彙整了三個樣品的DMA 和DSC 值。然而，隨後的TGA 曲線中顯示了試樣3 在較低溫度會出現明顯不同的失重，結果如圖2 所示，數據彙整於表2。同樣試樣放在室溫下，2 星期後再進行分析則顯示沒有失重。用TG-MS 和TG-GC/MS 重複實驗表明起初的重量損失是混合的環氧樹脂片段和低沸點胺。放置於室溫2 星期後，失重量明顯降低並且在250° C 以下失重的主要成分是水。■
表1：DSC 和DMA 數據
表2：TGA 數據
