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硅微粉产品应用领域及特点

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硅微粉产品应用领域及特点

【摘要】:
硅微粉是由结晶石英、熔融石英等为原料,经研磨、精密分级、除杂等工艺加工而成的二氧化硅粉体,广泛应用于覆铜板、环氧塑封料、电工绝缘材料、橡胶、塑料、涂料、胶黏剂、人造石、蜂窝陶瓷、化妆品等多个领域。 1、覆铜板 目前,应用于覆铜板的硅微粉可分为结晶硅微粉、熔融硅微粉、球形硅微粉及复合硅微粉。覆铜板内树脂的填充重量比在50%左右,硅微粉在树脂中的填充率一般为30%,即覆铜板中硅微粉填充重量比约15%。
硅微粉是由结晶石英、熔融石英等为原料,经研磨、精密分级、除杂等工艺加工而成的二氧化硅粉体,广泛应用于覆铜板、环氧塑封料、电工绝缘材料、橡胶、塑料、涂料、胶黏剂、人造石、蜂窝陶瓷、化妆品等多个领域。

 

1、覆铜板

 

目前,应用于覆铜板的硅微粉可分为结晶硅微粉、熔融硅微粉、球形硅微粉及复合硅微粉。覆铜板内树脂的填充重量比在50%左右,硅微粉在树脂中的填充率一般为30%,即覆铜板中硅微粉填充重量比约15%

 

硅微粉作为无机填料应用在覆铜板中,对覆铜板的热稳定性、刚度、热膨胀系数、热传导率等方面的性能有一定的改善,从而有效提高电子产品可靠性和散热性,且具备良好的介电性能,能够提高电子产品中的信号传输速度和质量。

 

其中,结晶硅微粉价格较低,可应用于生产要求较低的行业,例如空调、冰箱、洗衣机及台式电脑等家电用覆铜板中;智能手机、平板电脑、汽车、网络通信及工业设备等所用的覆铜板对介电系数和线性膨胀系数有一定要求,一般使用熔融型硅微粉;而超级计算机、5G通信等高频高速覆铜板要求具备低传输损耗、低传输延时、高耐热性、高可靠性等特性,则需要采用低介电、低损耗的球形硅微粉作为关键功能填料,并要求粉体杂质含量低、实现高填充率。

 

2、环氧塑封料

 

硅微粉是环氧塑封料(EMC)最主要的填料剂,占比约为60%-90%,环氧塑封料性能提升均需通过提升硅微粉性能实现,故对硅微粉粒度、纯度以及球形度有更高要求。

 

中低端环氧塑封料多采用角形硅微粉,而高端环氧塑封料主要以球形硅微粉为主。如分立器件和小型集成电器使用的塑封料主要是以结晶、熔融型硅微粉为填料;高热导型封装功率器件使用的塑封料主要以结晶硅微粉和其他高导热材料为填料;对于低膨胀型、低翘曲型封装大规模集成电路使用的塑封料主要以球形硅微粉为填料;低模量型封装存储器等器件使用的塑封料主要以低射线球形硅微粉为填料。

 

据测算,我国2022半导体封装用球形硅微粉需求为7.1万吨,随着先进封装占比进一步提升,预计2025年将达到9.3万吨,CAGR达9.25%,以球形硅微粉价格1.5万元/吨计算,2025年市场规模将近15亿元

 

3、电工绝缘材料

 

硅微粉用作电工绝缘产品环氧树脂绝缘封填料,能够有效降低固化物的线性膨胀系数和固化过程中的收缩率,减小内应力,提高绝缘材料的机械强度,从而有效改善和提高绝缘材料的机械性能和电学性能。

 

因此,该领域客户对硅微粉的功能需求更多的体现在低线性膨胀系数、高绝缘性以及高机械强度等方面,而对其介电性能和导热性的需求程度较低。电工绝缘料领域通常根据电工绝缘制品特点及其生产工艺的要求选用平均粒径为5微米-25微米之间的单一规格硅微粉产品,并对产品白度、粒度分布等有较高要求。

 

4、橡胶

 

硅微粉具有粒度小、比表面积大、耐热与耐磨性能好等优点,可提高橡胶复合材料的耐磨性、拉伸强度与模量、高撕裂等性能,然而,硅微粉表面含有大量的酸性硅醇基团,如不经过改性处理,将导致硅微粉在橡胶中分散不均匀,并且酸性基团易与碱性促进剂反应,延长橡胶复合材料的硫化时间。

 

目前,硅微粉改性应用于橡胶的研究中,主要以硅烷偶联剂改性为主,如苯基三甲氧基硅烷、乙烯三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、(3-氨基丙基)三甲氧基硅烷等。

 

5、塑料

 

硅微粉作为填料在制作塑料的过程中可用于聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚苯醚(PPO)等材料中,广泛应用于建筑、汽车、电子通信、绝缘材料、农业、日常生活用品、国防军工等多个领域。

 

将改性后的粉石英与PE均匀混合制备PE塑料薄膜,可应用于农业大棚薄膜。结果表明,当粉石英的填充质量分数为8%-12%时,制备的农膜力学性能超过纯树脂薄膜,可满足国家标准要求。用硅烷偶联剂对硅微粉进行改性,将改性后的硅微粉与聚苯醚材料混合,制备聚苯醚汽车塑料材料。结果表明,制备的材料具有硬度大、耐磨、耐高温、耐腐蚀等性能,能够应用于汽车塑料制品。

 

6、涂料

 

硅微粉作为填料可用于涂料行业,不仅可以降低制备涂料的成本,而且能够提高涂料的耐高温、耐酸碱、耐磨性、耐候性等性能,可广泛应用于建材、汽车、管道、五金、家用电器等领域。

 

建筑涂料方面,将二氧化硅粉作为填料制备涂料,应用于建筑外墙漆,具有装饰效果好、稳定性强、造价低等优点。超细硅微粉作为苯丙涂料填料制备建筑涂料。结果表明,当硅微粉添加质量分数达到35%以上时,涂料的耐碱性、耐洗刷次数、吸水率、反射率等性能都有明显的改善。

 

乳胶涂料应用方面,选用的颜填料主要为钛白粉,但钛白粉价格昂贵且制备工艺复杂,因此,选用碳酸钙、无水硫酸钙、硅微粉等填料和钛粉粉配合使用已成为乳胶涂料的研究热点。用改性硅微粉代替部分钛白粉作为填料用于乳胶涂料制备。结果表明,当复合粉体中钛白粉和硅微粉的质量比为1:3时,所制得的乳胶涂料硬度大大提升,抗冲击强度、柔韧性也有明显改善。

 

环氧地坪涂料方面,硅微粉作为填料能够提高环氧地坪涂料的耐磨、耐酸碱、耐高温、机械强度等性能。用不同粒径的硅微粉作为填料与环氧树脂、固化剂等原料进行混合制得耐强酸的环氧地坪涂料,且应用于冰乙酸蒸馏车间,可避免冰乙酸腐蚀地面造成的局部粉化现象。

 

阻燃绝缘涂料方面,将活化硅微粉添加到不饱和聚酯树脂中,制备聚酯绝缘漆。结果表明,活性硅微粉添加质量分数为35%时,绝缘漆的体积电导率、吸水性、力学强度得到明显改善。

 

7、胶黏剂

 

硅微粉作为无机功能性填充材料,填充在胶粘剂树脂中可有效降低固化物的线性膨胀系数和固化时的收缩率,提高胶粘剂机械强度,改善耐热性、扛渗透性和散热性能,从而提高粘结和密封效果。

 

硅微粉粒度分布会影响胶粘剂的粘度和沉降性,从而影响胶粘剂使用的工艺性和固化后的线性膨胀系数,因此,胶粘剂领域关注硅微粉在降低线性膨胀系数和提高机械强度方面的功能,对硅微粉外观、粒度分布要求较高,并且通常采用平均粒径为0.1微米-30微米之间的不同粒度产品进行复配使用

 

对硅微粉进行改性,之后应用于乙烯基硅胶中,随着存放时间的延长,乙烯基硅胶的黏度稳定,产品稳定性好,强度高,可用于导热硅胶、导热垫片、齿科印模材料等领域

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