LED顯示屏模塊用雙組分有機硅灌封膠的研制

張榮榮，張燕紅，楊秀麗，張志新

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450007）

LED顯示屏因具有顏色鮮亮、顯現信息量較大、壽命較長、耗電量較小、質量較輕、空間尺度較小、穩定性較高、易操作和易安裝保護等特點而被廣泛應用于樓體輪廓、臺階、展臺、橋梁、酒店和KTV裝飾照明，以及廣告招牌的制作、各種大型動畫和字畫的廣告設計等場所。LED顯示屏的工作環境相對復雜，既可用于室內也可用于室外，為了保證顯示屏長時間有效運行，一般用縮合型室溫硫化硅橡膠對其電子元器件模塊進行灌封以起到防水、防潮、防風和防靜電等效果。LED顯示屏在清洗和搬運過程中，LED燈管受碰觸，容易發生彎折，導致灌封的膠層開裂，從而影響防水防潮性能。本研究以低黏度α,ω–二羥基聚二甲基硅氧烷為基膠，低黏度二甲基硅油為增塑劑，配合處理的白炭黑、炭黑、電子級硅微粉、交聯劑、偶聯劑及催化劑制得一種較低硬度、較高柔韌性的LED顯示屏模塊用雙組分有機硅灌封膠。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

α,ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（107硅橡膠，黏度為1 000～5 000 mPa·s），江西星火有機硅廠；甲基硅油（100 mPa·s），道康寧公司；乙烯基三乙氧基硅烷，江漢精細化工有限公司；γ–氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）、γ–縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-560），南京能德化工有限公司；二月桂酸二丁基錫，南京能德化工有限公司；碳酸鈣，常州碳酸鈣有限公司；沉淀白炭黑，河北聯眾化工有限公司；炭黑，卡伯特公司。

1.2 儀器及設備

SXJ-2L雙行星動力混合實驗機，佛山金銀河公司；CMT4104電子萬能試驗機，深圳市新三思材料檢測有限公司；DV-II+Pro型號旋轉黏度計，美國BROOKFIELD公司。

1.3 雙組分有機硅灌封膠的制備

將100 g的107硅橡膠、30～100 g的甲基硅油、20～70 g的碳酸鈣、1～10 g的沉淀白炭黑、0.5～3 g的炭黑放入到雙行星攪拌機中，抽真空攪拌1 h，混合均勻后出釜制得A組分。將3～10 g的交聯劑（乙烯基三乙氧基硅烷 ） 、1～5 g的 偶 聯 劑 （KH-550、KH-560）、0.05～0.2 g的催化劑（二月桂酸二丁基錫）加入到雙行星攪拌釜中，抽真空攪拌1 h，混合均勻后出釜制得B組分。將A、B組分按m（A）∶m（B）=10∶1混合均勻后使用。

1.4 性能測試

（1）拉伸強度和斷裂伸長率：按照GB/T 528—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》標準，采用電子萬能試驗機進行測定。

（2）黏 度 ： 按 照GB/T 10247—2008《黏度測量方法》標準，采用黏度計進行測定。

（3）適用期：按照GB 16776—2005《建筑用硅酮結構密封膠》標準進行測定。

（4）貯存性能：將灌封膠的A、B組分在標準條件下[ 溫度為（23±2）℃，相對濕度為（50±5）%）]貯存180 d后，用貯存后的操作時間與初始操作時間的比值T作為衡量標準，T值越大，表示貯存后的操作時間相對初始操作時間延長越多，即貯存穩定性越差。

（5）粘接性能：采用90°T型剝離方法進行測定[在被粘材料表面打膠，膠條長度為50 mm，寬度為15 mm，厚度約為5 mm，在標準條件下固化168 h后，將膠條相對于被粘材料以90°角向上用力牽引，在此過程中，不斷用刀片劃切膠條（劃切間隔約2 mm）直至膠條完全剝離，觀察界面破壞狀態，用“AF”表示粘接破壞，“CF”表示內聚破壞，破壞程度用0～100表示]。

2 結果與討論

2.1 107硅橡膠黏度對灌封膠性能的影響

在其他組分和107硅橡膠用量不變的情況下，考查硅橡膠黏度對灌封膠硬度、黏度、拉伸強度和斷裂伸長率的影響，結果如表1所示。

表1 107硅橡膠黏度對灌封膠性能的影響Tab.1 Influence of viscosity of 107 silicone rubber on pouring sealant’s performance

由表1可知：隨著107硅橡膠黏度的增大，灌封膠的硬度逐漸減小，A、B組分混合后黏度也逐漸提高，拉伸強度和斷裂伸長率隨之增加。這是由于107硅橡膠黏度增大，其分子鏈變長，交聯點減少，交聯密度降低。當灌封膠的斷裂伸長率較大、硬度較小時，能夠更好地避免由于外力碰觸LED燈管而發生的燈管彎折、灌封膠層開裂現象的發生，更好地保護了LED顯示器件；但當灌封膠硬度較小時，黏度較大，排泡性會變差，進而影響灌封膠的密封性能及電性能。因此，綜合考慮，選用黏度為3 000 mPa·s的107硅橡膠為宜。

2.2 交聯劑用量對灌封膠操作時間的影響

在其他組分不變的情況下，考查交聯劑用量對灌封膠操作時間的影響，結果如圖1所示，其中交聯劑用量是相對于密封膠的質量分數而言的。

圖1 交聯劑用量對灌封膠操作時間的影響Fig.1 Influence of cross-linker content on pouring sealant's operating time

由圖1可知：隨著交聯劑用量的增加，灌封膠的操作時間呈先減少后增加的趨勢。當交聯劑用量為4%時，灌封膠的操作時間為75 min；交聯劑用量增加到6%時，操作時間達到相對最低點，為42 min；隨著交聯劑用量的增加，操作時間逐漸變長，當交聯劑用量為8%時，操作時間為70 min；此后隨用量的進一步增加，操作時間進一步延長，當交聯劑用量為12%時，與6%時相比，操作時間延長了近6倍，造成灌封膠固化困難。

這是因為交聯劑與107硅橡膠的端羥基是通過吸收滲透的水汽進行水解縮合而完成固化交聯的。在交聯劑用量小于6%的固化過程中，根據化學反應的粒子有效碰撞理論，交聯劑含量的增加，增大了交聯劑小分子與107硅橡膠羥基間以及交聯劑與填料表面吸附的羥基之間有效碰撞、成功縮合的機會，從而使灌封膠操作時間縮短；當交聯劑用量大于6%之后，隨著這些縮合反應的發生，導致灌封膠交聯密度增大，從而對水汽滲透阻隔作用增大。因此，在交聯劑用量適量增加的情況下，分子間的有效碰撞幾率增大，其對操作時間的正反饋作用占主導作用，隨著交聯劑含量的進一步增加，交聯密度的增大對水汽的阻隔作用開始占主導地位，因此出現了灌封膠操作時間先減小后增加的趨勢，當交聯劑用量過量時會造成灌封膠固化困難甚至不固化的現象。當交聯劑用量為6%時，操作時間最短為42 min。

2.3 偶聯劑對灌封膠粘接性、貯存穩定性的影響

在其他組分不變的情況下，考查了偶聯劑種類及用量對灌封膠粘接性、貯存穩定性的影響。結果如表2、表3和表4所示。

對比表2、表3可知：在相同用量的情況下，KH-550的粘接性明顯好于KH-560，其對貯存穩定性的破壞能力也較KH-560的高。當KH-550用量為5%時，灌封膠貯存6個月后已不能正常固化。

由表2、表4可知：當m（KH-550）∶m（KH-560）=1∶1復配使用、其添加量為2.5%時，對PC、ABS、PVC和PP的粘接性與KH-550單獨使用時相當；此時貯存后的T值為1.92，其貯存穩定性明顯好于KH-550單獨使用時的穩定性。

表2 KH-550對灌封膠粘接性、貯存穩定性的影響Tab.2 Influence of KH550 on adhesion and storage stability of pouring sealant

表3 KH-560對灌封膠粘接性、貯存穩定性的影響Tab.3 Influence of KH560 on adhesion and storage stability of pouring sealant

表4 m（KH550）∶m（KH560）=1∶1對灌封膠粘接性、貯存穩定性的影響Tab.4 Influence of m（KH550）∶m（KH560）=1∶1 on adhesion and storage stability of pouring sealant

3 結論

（1）隨著107硅橡膠黏度的增大，灌封膠的硬度逐漸減小，A、B組分混合后黏度逐漸提高，拉伸強度和斷裂伸長率隨之增加。綜合考慮，選用黏度為3 000 mPa·s的107硅橡膠較佳。

（2）隨著交聯劑用量的增加，灌封膠的操作時間呈先減少后增加的趨勢。交聯劑用量增加到6%時，操作時間相對最短，為42 min。

（3）KH-550的粘接性明顯好于KH-560，其對貯存穩定性的破壞能力也較KH-560高。2者按質量比為1∶1復配使用時，粘接性和貯存穩定性的協調性比KH-550單獨使用的好。

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