CN101995366A

CN101995366A - 玻璃纤维布浸润性测试方法

Info

Publication number: CN101995366A
Application number: CN 201010547627
Authority: CN
Inventors: 杜甫; 张德元; 徐璟
Original assignee: SHANGHAI HONGHE ELECTRONIC MATERIAL CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI HONGHE ELECTRONIC MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2011-03-30

Abstract

一种玻璃纤维布浸润性测试方法,通过红外发射光源对玻璃纤维布在树脂中的浸润过程进行透视测试，根据不同时间点上树脂与玻璃纤维布之间的反应和浸润程度的不同，红外光波对玻璃纤维布的透光率的不同，未完全浸透的玻璃纤维样品透光率差，完全浸透的样品透光率好，得出测试样品浸润过程中透光率随时间变化的曲线，将该数据转换为透光率数据，通过测试、绘制该曲线来分析比较测试玻璃纤维布的浸润性特性。

Description

玻璃纤维布浸润性测试方法

技术领域

本发明专利涉及一种测试印制电路板行业增强用电子级玻璃纤维布浸润性的仪器及其测试方法。

背景技术

浸润性测试在玻璃纤维布生产和应用中有着非常重要的作用。各种玻璃纤维增强材料的成型工艺都要求玻璃纤维增强材料与树脂基体之间有优良的浸润性，从而赋予玻璃纤维增强材料良好的界面结合性能，防止板材在高温、高湿环境中内部因结合不良而产生裂缝，最终导致板材分层或绝缘可靠性失效。浸润性好的玻璃纤维织物不仅与树脂基体有更好的界面结合能力，大大提高板材的可靠性，还意味着含浸树脂工艺中工作效率的大幅提升。因此，开发玻璃纤维布和玻璃纤维无纺织物的浸润性能的测试方法，对以电子级玻璃纤维布为增强材料的覆铜板行业生产工艺有极其重要的指导作用，既可减少异常产品的发生，又可提高其生产效率。对于以玻璃纤维或碳纤维以及其它纤维为增强材料的增强领域，也有着非常重要的意义，如航天航空复合材料、风机叶片行业和玻璃钢行业，也要求增强用基材与树脂的快速浸润、结合，以提高复合材料的成型效率、成形质量。而对于直接生产玻璃纤维产品的行业，意义更大，该方法可鉴别出不同的表面处理剂的优劣，不同的生产工艺对玻璃纤维产品浸润性的影响，从而指导生产过程。

通常测量增强材料浸润性的方法目前有以下几种：

方法一：接触角测试法

衡量一液体在某一固体表面的浸润性的好坏程度可通过接触角来测定，它是液/气界面与固体表面之间（包括液体相部分）的夹角，玻璃纤维浸润接触角的测量方法有多种。间接的方法有毛细管上升法，即测量一定规则的纤维的浸渍重量，从而判定纤维的浸润程度。直接的方法是测定单根纤维的接触角。

上述接触角测试法中，不管是间接的方法，还是直接的方法，其实只适用于一液滴在光滑、化学均质、刚性、各项同性且无化学反应等相互作用的理想表面上。根据杨氏方程式：

γ_SV=γ_SL+γ_LVCOSθ

式中γ_SV、γ_SL、γ_LV分别表示固-气，固-液和液-气界面的表面张力或称表面能，θ为接触角。实际表面上接触角并非如杨氏方程所预示的取值唯一, 而是在相对稳定的两个角度之间变化，这种现象被称为接触角滞后现象。实际表面的非理想性, 导致用杨氏接触角表征表面浸润性的传统做法不够完善, 还必须考虑接触角的滞后性，而由此接触角去判定纤维织物及制品的浸润性能的优劣在准确性上会有所偏差。并且该测试方法是测试单根玻璃纤维或一束纤维的接触角，而电子级玻璃纤维单丝直径非常小，一般是5-9um，取样很困难，因此测试难度非常大，而且对于织物或无纺织物的浸润性而言，测单丝或一束纤维的接触角对它们的指导意义也不大。

方法二：下沉法

首先在托盘中盛入一定粘度的树脂，然后将一定尺寸的玻璃纤维织物平放于树脂的液面上，计时，记录其下沉的时间，时间越短，浸润性越好，本实验方法的缺点是浸润性差的样品测量时间过长，测试过程中溶剂还会不断挥发，随着时间的延长，树脂的粘度会逐渐增大，造成测试环境前后不一致，最终造成测试结果重复性较差。并且测试终点的判断很困难，造成不同的人的测试结果相差较大。

方法三：靶心法

在一张纸上用铅笔画上类似靶子的线条，将一定尺寸的玻璃纤维织物平放于该纸上，将一定量的树脂往靶心上滴，记录靶心及线条显现的时间。该方法由于玻璃纤维织物本身的透明程度不同，并且显现线条的清晰程度难以确定统一的标准，所以造成实验结果不准确。

方法四：粘结片明度因子法

在色度仪的Yxy***中，Y是透明因子，在覆铜板行业中取粘结片，切成一定尺寸，利用色度仪测量Y值，对于同类型玻璃纤维织物，相同树脂含量的粘结片，Y值越小表明其中的气泡越少，同时就反映出其玻璃纤维织物对树脂的浸润性好。但是该测试方法准确性较差，测试结果差异不明显，受其它因素的干扰大。对于电子级玻璃纤维布厂而言，测试时需要从下游厂商取半固化粘结片样品来测试，也不方便，因为粘结片需要冷藏，还有存放时间的限制，因此该法不适用于玻璃纤维布厂。

方法五：树脂浸润法

在容器里倒入树脂，将切好的一定尺寸的平整无污染的玻璃纤维织物平行的放到树脂液面上，立即计时，并观察其浸润情况：浸润完全的玻璃纤维织物会变得完全透明，而浸润程度不够的则会显现出不同程度的白色线条，相同时间内白色线条越多的则表明其浸润程度越差，即表示浸润性越差。但是，由于树脂中的溶剂挥发会影响试验结果，尤其是较多逐个实验的情况，所以要求实验动作快且每次的树脂不能测试过多的样品。并且树脂本身存放时间也影响测试结果，因此难以固定测试环境而造成测试结果重复性差。另外该实验主要依靠肉眼观察来判断玻璃纤维织物是否浸润好，每个人对实验终点的判断准确性以及每个人按秒表反应的时间均不一样，因此人员之间的误差较大，造成实验重复性差。

专利申请号为200410096187.6，专利名称为一种复合材料增强体浸润特性的测试方法及测试仪器的发明专利中提出了一种仪器可以测试各种增强材料的浸润特性，但其测试原理是在测试液体浸润增强材料时增强材料的质量变化状况，这与之前测试液体表面张力的原理十分相似，主要是考察浸润过程中树脂或有机小分子溶剂在增强材料上的毛细上升量，对于树脂粘度较大而无法在增强材料上形成毛细上升的树脂体系则无法使用该测试方法。还有如果两种增强材料浸润时的质量变化一致也无法判断哪种材料的浸润性更好，因此仍然无法清晰的鉴别增强材料的浸润性的好坏，并且无法真正了解树脂对增强材料的经纬双向的、以及经纬交织点的浸润、渗透过程。

以上所有列举的现有测试方法中，方法一是间接测试方法，不能反映出纤维织物在浸润过程中的真实情况，因此其测试结果往往不能用来做参考、指导生产。其它各种测试方法重复性差，人为干扰因素大，也不能用来准确而又快速地测试、比较各种玻璃纤维织物的浸润性优劣。上述专利中介绍的仪器及方法也是间接测试质量变化的方法，无法真正了解增强材料随着时间的变化浸润程度的变化，因此开发简单、快速而又适用于玻璃纤维布及玻璃纤维无纺织物或其它纤维织物的浸润性测试的仪器非常必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作非常简单、准确性极高的直接测试玻璃纤维织物在树脂中的浸润性能的方法，用此方法可以准确、方便的测试出不同工艺、不同类型表面处理剂的玻璃纤维织物对同种树脂的浸润性能的差别，使下游生产中可以有选择性的进行浸润不同配方、不同粘度的树脂，以使纤维织物与树脂达到最佳的界面结合效果，避免玻璃纤维织物单纤内部因树脂的渗透、浸润不佳而造成缺胶异常，从而提高玻璃纤维织物增强树脂板材的成型质量及可靠性。

本发明专利涉及一种测试印制电路板行业增强用电子级玻璃纤维布浸润性的仪器及其测试方法，具体来说，是通过红外发射光源对玻璃纤维布在一定粘度的树脂中的浸润过程进行透视测试，根据不同时间点上树脂与玻璃纤维布之间的反应和浸润程度的不同，红外光波对玻璃纤维布的透光率也不同的原理，得出浸润过程中透光率随时间变化的曲线，通过测试、绘制该曲线来比较不同的玻璃纤维布的浸润性特性的一种方法。通过样品夹头的设计，该仪器可以一次测试一块样品，记录实验数据，多次测试之后将记录的实验数据在EXCEL中进行绘图，根据图形来比较样品的浸润性快慢，也可以同时测试两块不同的样品的浸润性

本发明的测试方法，是利用波长在800-1200纳米的红外光源发射探头直接对纤维织物的浸润过程进行全程透射测试，根据浸润反应的特点进行定时测试结果，而且近似模拟和还原生产中的条件和状态，仪器提供一个密封的树脂容器以避免测试用树脂中的溶剂的挥发，保证测试环境一致，盛装树脂的容器是由石英玻璃制成，便于红外光透射而不产生干扰，这样可以同时测试相同条件下不同玻璃纤维织物样品的浸润性优劣，准确性高，测试结果非常稳定，并且是计算机自动化控制，测试人员极易操作，无人为干扰因素。红外光源测试面积大于0.2cm²。玻璃纤维布结构中含有不同的区域，经纱、纬纱区域，经纬交织点区域，空隙区域，不同的区域对树脂的渗透能力是不一样的，因此，测试时尽量选择含有各种区域的表面，这样测试结果也更可靠、更准确。测试用树脂一般为不饱和聚酯树脂，环氧树脂，乙烯基树脂，酚醛树脂等，与各增强材料行业所用基体树脂完全一致。

附图说明

图1 测试原理参考图。

图2实施例2曲线图。

图3 实施例4曲线图。

图4 实施例6曲线图。

具体实施方式

测试原理

该***主要通过精密光学***分析玻璃纤维织物浸润过程，根据不同表面处理剂的玻璃纤维织物或使用不同工艺生产的玻璃纤维织物浸润同种树脂后随着时间的延长，对红外发射光源的透过率不同，未完全浸透的玻璃纤维样品透光率差，完全浸透的样品透光率好，因此测试样品浸润过程中红外光能量随时间的变化数据，并将该数据转换为透光率数据，对此透光率数据进行绘图处理，可以根据图形来分析比较各玻璃纤维织物的浸润性能。测试原理图参见图1。图中，1、红外光源发射探头；2、夹具（设计成可同时夹住两块样品进行测试比较）；3、石英玻璃树脂槽（可升降式）；4、红外光源接收；5、光源分析机；6、计算机接收信息处理。

测试步骤

1.近似模拟覆铜板行业玻璃纤维织物浸润环氧树脂生产的环境(也可使用其他类型的树脂，如酚醛树脂、乙烯基树脂等)，在盛装树脂（注：本实施例使用的是环氧树脂，其参考配方如下表1）的石英玻璃槽中放入树脂，将夹具夹住一定尺寸的玻璃纤维布样品，装有树脂的石英玻璃槽自动上升直至完全浸没样品进行测试；

2.***连续测量浸润过程中的光电信号变化，进行光电数据采集；软件程序自动记录并保存随时间的推移，各时间节点的红外光强度。

3.测试人员根据计算机采集的光电数据，将其转换成透光率百分比，（转换方法如下实施例表中），然后进行绘图，得出描述浸润过程的线性曲线。

4.根据不同种类或不同生产工艺的玻璃纤维织物对光源的透光率不同，根据图形对比出各种纤维织物浸润性能的差异。

环氧树脂参考配方如下表1

具体实施例一：7628布1#玻璃纤维布（布厚度0.18mm，使用玻璃纤维纱线为ECG75 1/0 0.7Z，经纬密为44*33）浸润测试数据如下：

发射光源透过率百分比数据计算方法

第10秒钟透过率百分比为[（673.7-508.7）/(683.8-508.7)]*100%=5.5%

第16秒钟透过率百分比为[（665.6-508.7）/(683.8-508.7)]*100%=10.1%

其它时间对应的透过率百分比依此类推。

具体实施例二：7628布2#玻璃纤维布浸润测试数据

根据浸润过程采集的时间数据，及发射光源经过浸润的纤维制品后光接收数据的百分

比，绘出曲线图2。

该图2图形曲线反应的是7628玻璃纤维织物整个浸润性连续测试的过程，曲线越靠近纵轴，表明该玻璃纤维织物浸润性更快、更佳，上图1中1#样品含浸性比2#样品浸润性好，从而可以区分各种纤维织物的浸润性优劣。该方法是电脑自动进行测试、数据记录，比之前的树脂浸润法的测试更人性化，因而测试更准确。该实验是通过两次测试获取数据进行绘图，也可同时夹持7628布1#和2#样品进行测试比较。通过该测试方法可以比较不同厂家生产的同种纤维制品的浸润性快慢，同时也可以比较不同生产工艺、原材料及配方生产的纤维制品的浸润性快慢，对于玻璃纤维织物的品质、稳定性可以起到监控作用。

比较例一，应用上述方法五---树脂浸润法进行实验，用秒表进行计时，根据计时快慢来评估玻璃纤维布的浸润性快慢。选择上述实施例一中的7628布1#和实施例二中的7628布2#进行对比实验，记录数据如下：

实施例一、实施例二与比较例一不同实验方法的结果比较

从上述实施例和比较例来看，实验布样为较厚的7628玻璃纤维布，不同的浸润性测试方法反映出7628布1#样品浸润性比2#快，但比较例中测试数据比较分散，差异较大，虽然可以用来区分不同产品的浸润性快慢，但对于多次重复性实验测试则准确度还是不够，并且测试时间较长，测试人员需要等待时间较长，溶剂还会不断挥发导致树脂粘度变大影响测试结果。

具体实施例三：2116布1#玻璃纤维布（布厚度0.09mm，使用玻璃纤维纱线为ECE225 1/0 0.7Z，经纬密60*58）浸润测试数据：

具体实施例四：2116布2#玻璃纤维布浸润测试数据

根据上述实验采集的数据，以及转化成的百分比，绘出曲线图图3。

图3的图形曲线反应的是2116玻璃纤维织物整个浸润性连续测试的过程，曲线越靠近纵轴，表明该纤维织物浸润性更快、更佳，上图2中1#样品含浸性比2#样品含浸性好，从而可以区分各种纤维织物的浸润性优劣。该方法是电脑自动进行测试、数据记录，比之前的测试更人性化，因而测试更准确。通过该测试方法可以比较不同厂家生产的同种纤维织物的浸润性快慢，同时也可以比较不同生产工艺、原材料及配方生产的纤维织物的含浸性快慢，对于纤维织物的品质稳定性可以起到监控作用。

比较例二，应用上述方法五---树脂浸润法进行实验，用秒表进行计时，根据计时快慢来评估玻璃纤维布的浸润性快慢。选择上述实施例三中的2116布1#和实施例四中的2116布2#进行对比实验，记录数据如下：

实施例三、实施例四与比较例二不同实验方法的结果比较

对于比较例二而言，实验布样为中厚的2116玻璃纤维布，测试数据比较均匀，但数据之间的差别较小，实验平均值相差仅为3秒，很容易因实验人员浸润终点的判断、秒表计时而引起三秒的误差。而用该发明专利的测试方法则不用考虑人员的误差及终点判断的误差，完全消除人员差异，由仪器自动从浸润开始至完全浸润中的过程进行数据采集，计算并绘图比较。

具体实施例五：1080布1#玻璃纤维布（布厚度0.05mm，使用玻璃纤维纱线为ECD450 1/0 1.0Z，经纬密60*49）浸润测试数据：

具体实施例六：1080布2#玻璃纤维布浸润测试数据

根据上述实验采集的数据，以及转化成的百分比，绘出曲线图图4。

图4的图形曲线反应的是1080薄玻璃纤维织物整个浸润性连续测试的过程，曲线越靠近纵轴，表明该纤维织物浸润性更快、更佳，上图3中1#样品含浸性比2#样品含浸性好，从而可以区分各种纤维织物的含浸性优劣。该方法是电脑自动进行测试、数据记录，比之前的测试更人性化，因而测试更准确。通过该测试方法可以比较不同厂家生产的同种纤维织物的含浸性快慢，同时也可以比较不同生产工艺、原材料及配方生产的纤维织物的含浸性快慢，对于纤维织物的品质稳定性可以起到监控作用。因此该测试方法可以用来评估各种纤维织物的界面性能。

比较例三，应用上述方法五---树脂浸润法进行实验，用秒表进行计时，根据计时快慢来评估玻璃纤维布的浸润性快慢。选择上述实施例五中的1080布1#和实施例六中的1080布2#进行对比实验，记录数据如下：

实施例五、实施例六与比较例三不同实验方法的结果比较

对于比较例三而言，实验布样为较薄的1080玻璃纤维布，测试数据较均匀，但用此树脂浸润法根本无法分出哪个产品的浸润性更好，浸润时间均值相同。玻璃纤维布越薄，浸润时间越快，人员的误差越明显，这个误差又无法正确估计出而进行减去，因此对于1080薄布以及更薄的106、1035、1037等布种而言已经无法使用树脂浸润法来评估其浸润性快慢，而用该发明专利的测试方法则不用担心薄布的浸润性快而产生的问题，仪器中的红外接收探头能够探测到人眼无法探测到的任何细微的能量波动，并将结果记录下来形成时间-透光率曲线。

应用推广

本浸润性测试方法可以应用于各种纤维纺织型制品或无纺型制品增强各种树脂的行业，如印制电路覆铜板行业、航空航天复合材料行业、玻璃钢行业、风力发电叶片行业等，还可以应用于其它绝缘增强材料行业、卫生用品、儿童尿不湿、成人纸尿裤等材料浸润性测试、界面测试中，用于区分各种表面活性剂及化学助剂表面处理后制品与树脂进行界面结合的能力及快慢，同时还可区分不同的工艺生产的制品与树脂界面结合的能力，对制品生产公司及含浸树脂生产公司的生产有一定的技术指导性。

Claims

1.一种玻璃纤维布浸润性测试方法,其特征是，通过红外发射光源对玻璃纤维布在树脂中的浸润过程进行透视测试，根据不同时间点上树脂与玻璃纤维布之间的反应和浸润程度的不同，红外光波对玻璃纤维布的透光率的不同，未完全浸透的玻璃纤维样品透光率差，完全浸透的样品透光率好，得出测试样品浸润过程中透光率随时间变化的曲线，将该数据转换为透光率数据，通过测试、绘制该曲线来分析比较测试玻璃纤维布的浸润性特性。

2.根据权利要求1所述的玻璃纤维布浸润性测试方法，其特征在于，所述的本发明的测试方法，红外发射光源的波长在800~1200纳米。

3.根据权利要求1所述的玻璃纤维布浸润性测试方法，其特征在于，测试环境是在一密闭的树脂容器中测试，避免测试用树脂中的溶剂的挥发，保证测试环境一致。

4.根据权利要求1所述的玻璃纤维布浸润性测试方法，其特征在于，盛装树脂的容器由石英玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的玻璃纤维布浸润性测试方法，其特征在于，所述的树脂是不饱和聚酯树脂，环氧树脂，乙烯基树脂或酚醛树脂之一。

6.根据权利要求1所述的玻璃纤维布浸润性测试方法，其特征在于，所述红外光源测试面积大于0.2cm²。