Development and Validation of E-Modulus Kinetics Testing Method via DMA for Thermo-Mechanical Analysis of Epoxy Resin

Gedruckte Schaltungen (PCBs) sind unverzichtbare Schlüsselkomponenten in modernen elektronischen Geräten, und Epoxidharze werden aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Isolierung und mechanischen Eigenschaften häufig für die Herstellung von PCBs verwendet. Allerdings können Temperaturschwankungen während des Laminierungsprozesses ein komplexes Aushärteverhalten hervorrufen, was zu Eigenspannungen und Verzug führt, die die Zuverlässigkeit des Produkts beeinträchtigen. Um genauere Finite-Elemente-Simulationen des thermomechanischen Verhaltens während Aushärtungsprozesses durchführen zu können, ist es entscheidend, die Änderung des Elastizitätsmoduls (E-Modul) während des Aushärtungsprozesses genau zu charakterisieren. Obwohl sich das CHILE-Modell (cure hardening instantaneous linear elastic) bei der Vorhersage des E-Moduls von Verbundwerkstoffen als wirksam erwiesen hat, gibt es bei seiner Anwendung noch viele Einschränkungen. Zum Beispiel beschreibt das CHILE-Modell nicht genau die Korrelation zwischen Temperatur, Aushärtungsgrad und E-Modul von reinen Epoxidharzen bei unterschiedlichen Heizraten. Darüber hinaus ist das Modell nur auf niedrigere Aushärtungsgrade anwendbar und spiegelt die Veränderungen der Materialeigenschaften während des dynamischen Erwärmungsprozesses nicht konsequent wider. Noch wichtiger ist, dass Diskrepanzen zwischen den von der DSC abgeleiteten Aushärtungsdaten und den DMA-Messungen zu systematischen Fehlern führen können. Daher besteht das Hauptziel dieser Studie in der Entwicklung einer reproduzierbaren und zuverlässigen DMA-Testmethode für unausgehärtete und teilweise ausgehärtete Epoxidharzproben, die qualitativ hochwertige experimentelle Daten zur Verbesserung des CHILE-Modells liefern wird. Gleichzeitig können diese experimentellen Daten auch zur Validierung anderer theoretischer Modelle verwendet werden, wie z. B. des Modells der freien Kinetik, das auf der Theorie des isokonvergenten Zustandsdiagramms (ISD) basiert. Zweitens wird das CHILE-Modell systematisch modifiziert und verbessert, indem die DMA-Daten kombiniert werden, und seine technische Anwendbarkeit wird unter den tatsächlichen Bedingungen der Produktionslinie überprüft. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die erhaltenen DMA-Daten eine gute Wiederholbarkeit aufweisen und in hohem Maße mit den Vorhersagen der ISD-Theorie übereinstimmen. Das verbesserte CHILE-Modell, das auf DMA-Daten basiert, zeigt im Vergleich zum ursprünglichen Modell eine höhere Genauigkeit über den gesamten Aushärtungsbereich. Die in dieser Studie entwickelten Methoden und Modelle bieten eine solide Grundlage für die hochpräzise Modellierung des thermodynamischen Verhaltens von Epoxidharz während des Aushärtungsprozesses.