1 .升溫速率和樣品厚度對(duì)儲(chǔ)能模量影響
對(duì)比不同升溫速率和樣品厚度下材料儲(chǔ)能模量變化,測試頻率1HZ,振幅25μm,升溫速率5℃/min、8℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min,測試樣品厚度分別為0.5mm、0.7mm、1.0mm、2.0mm。
對(duì)于介質(zhì)層材料,儲(chǔ)能模量與試樣每周期儲(chǔ)存的大彈性勢(shì)能成正比,表征材料抵抗形變能力的大小,其儲(chǔ)能模量下降幅度決定于松弛過程中的強(qiáng)度。對(duì)于環(huán)氧高聚物,在低溫段,存在β轉(zhuǎn)變,其主要表征高聚物分子化學(xué)鍵長和鍵角的變化,然而在常規(guī)使用條件下,雖然分子處于凍結(jié)狀態(tài),小分子單元和側(cè)鏈仍具有運(yùn)動(dòng)能力,因此在外力的作用下,能產(chǎn)生形變而吸收能量。
在同一升溫速率下,隨著樣品厚度的減薄,材料在玻璃化轉(zhuǎn)變之前儲(chǔ)能模量下降幅度增大;在同一介質(zhì)層厚度下,隨著升溫速率的增加,儲(chǔ)能模量的下降幅度也增大,且儲(chǔ)能模量曲線呈現(xiàn)兩段先降后升的現(xiàn)象。這是由于當(dāng)介質(zhì)材料很薄時(shí)(如0.5mm),分子側(cè)鏈回折和小分子運(yùn)動(dòng)不可忽略,形變主要通過分子側(cè)鏈回折和小分子運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn),應(yīng)力松弛強(qiáng)度較大,儲(chǔ)能模量下降幅度增加,同時(shí)隨著升溫速率的增加,材料小分子運(yùn)動(dòng)和側(cè)鏈回折速率加快,應(yīng)力松弛時(shí)間減少,松弛強(qiáng)度升高,導(dǎo)致儲(chǔ)能模量下降幅度增大。當(dāng)溫度繼續(xù)上升,部分小分子發(fā)生熱聚合而交聯(lián),儲(chǔ)能模量上升,當(dāng)溫度達(dá)到大分子鏈段解凍點(diǎn),材料發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變,由玻璃態(tài)向橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變,儲(chǔ)能模量再次下降。繼續(xù)升溫,大分子也開始聚合交聯(lián),儲(chǔ)能模量又一次上升。
當(dāng)介質(zhì)層較厚時(shí)(如0.7mm、1.0mm、2.0mm),在玻璃化轉(zhuǎn)變前,形變主要通過分子鍵長和鍵角的變化實(shí)現(xiàn),小分子與側(cè)鏈影響不大,材料呈現(xiàn)剛性,材料松弛強(qiáng)度較小,儲(chǔ)能模量下降幅度不大。當(dāng)溫度達(dá)到玻璃化溫度時(shí),材料由玻璃態(tài)向橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變,儲(chǔ)能模量急劇下降。
2.升溫速率和樣品厚度對(duì)材料Tg值影響
對(duì)于1.0mm介質(zhì)層,當(dāng)升溫速率增加時(shí),樣品阻尼曲線逐漸拉寬,達(dá)到15℃/min時(shí),逐漸呈現(xiàn)出2個(gè)峰值,對(duì)于0.5mm介質(zhì)層,隨著升溫速率的增加,阻尼曲線的拉寬越來越不明顯,且只呈現(xiàn)出一個(gè)峰值。原因分析如圖5所示,當(dāng)外界熱源的升溫速率較慢或樣品較薄時(shí),樣品內(nèi)外層受熱均勻,Tg測試呈現(xiàn)一個(gè)峰值,當(dāng)升溫速率較快,且樣品厚度較厚時(shí),由于介質(zhì)層傳熱速率較慢,表層熱量無法迅速向內(nèi)層傳遞,造成樣品內(nèi)外層受熱不均,樣品表層先完成玻璃化轉(zhuǎn)變,內(nèi)層玻璃化轉(zhuǎn)變存在明顯的滯后,測試曲線呈現(xiàn)兩個(gè)峰值。
3 .覆金屬層對(duì)DMA測試結(jié)果的影響
無覆金屬層和不同厚度覆金屬層樣品進(jìn)行對(duì)比分析,覆金屬層厚度分別為11μm、22μm、35μm,介質(zhì)層厚度1.0mm,測試頻率1HZ,測試振幅25μm,升溫速率5℃/min。
由于介質(zhì)層材料與覆金屬層的彈性模量差異較大,在動(dòng)態(tài)振蕩負(fù)載下,在界面處存在力值差,由于做功而產(chǎn)生能量損耗,表現(xiàn)出較大的損耗模量,這個(gè)能量損耗值隨著覆金屬層的厚度增加而增大,隨著玻璃化轉(zhuǎn)變的發(fā)生,介質(zhì)層材料的彈性模量迅速下降,與覆金屬層彈性模量差異增大,由于做功產(chǎn)生的能量損耗增加,由此產(chǎn)生的損耗模量變化將介質(zhì)層自身損耗模量變化掩蓋,其損耗模量峰值變化只與介質(zhì)層模量變化有關(guān),與覆金屬層厚度無關(guān)。由于介質(zhì)層和覆金屬層界面處應(yīng)力作用,覆金屬層樣品測試不能*反映純介質(zhì)層的粘彈態(tài)性能變化,故IPC-TM-650 2.4.24.4 明確規(guī)定要*去除樣品所附金屬箔。
通過升溫速率、樣品厚度、有無覆金屬層對(duì)DMA測試結(jié)果影響的研究,文章得出以下重要結(jié)論:(1)同一升溫速率下,樣品厚度小于0.7mm時(shí),側(cè)鏈和小分子運(yùn)動(dòng)影響增大,應(yīng)力松弛強(qiáng)度增大,Tg前儲(chǔ)能模量下降幅度增大;樣品厚度大于0.7mm時(shí),側(cè)鏈和小分子運(yùn)動(dòng)影響不大,形變主要受分子化學(xué)鍵長、鍵角變化影響,Tg前材料呈現(xiàn)剛性,儲(chǔ)能模量下降幅度不大;(2)同一樣品厚度下,升溫速率增加,促進(jìn)側(cè)鏈和小分子運(yùn)動(dòng),應(yīng)力松弛時(shí)間減少,Tg前儲(chǔ)能模量下降幅度增大;(3)厚樣(>0.5mm)升溫速率超過15℃/min時(shí),樣品內(nèi)外層受熱不均,測試曲線呈現(xiàn)2個(gè)峰值;(4)由于介質(zhì)層和覆金屬層界面處應(yīng)力作用,覆金屬層樣品阻尼、儲(chǔ)能模量、損耗模量變化均較無覆金屬層樣品滯后,覆金屬層樣品測試不能反映純介質(zhì)層的粘彈態(tài)性能變化。