照明用高強(qiáng)度有機(jī)硅密封膠的研究

張震宇，陽習(xí)春，鄭常華，王 兵，陳何國

（廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510540）

室溫固化硅酮密封膠具有優(yōu)異的耐紫外光、耐高低溫氣候老化性能和耐高溫高濕性能，與其他類型密封膠相比，其在惡劣條件下的耐久性特別突出，尤其是單組分室溫固化有機(jī)硅密封膠[1～3]，由于其分子主鏈為-Si-O-無機(jī)結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈為有機(jī)基團(tuán)的一類彈性體，因此耐老化性能優(yōu)異，且使用方便，因而在LED燈照明行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用[4，5]。考慮到脫肟型、脫酸性和南大脫乙醇型硅酮膠對LED燈燈珠和PC材質(zhì)泡殼的腐蝕等影響[6]，選擇鈦酸酯催化的脫甲醇硅酮密封膠是最合適應(yīng)用于LED燈具的密封膠品種[7]。但目前成熟配方的室溫固化硅橡膠的剝離強(qiáng)度以及與塑料的粘接強(qiáng)度均較低[8]（剝離強(qiáng)度5～8 kN/m，粘接強(qiáng)度1.0～2.0 MPa），在一些特殊LED燈型中很難滿足使用要求，本文為了提高硅橡膠的剝離強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度，進(jìn)行了配方和工藝方面的研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

α,ω－三甲氧硅基聚二甲基硅氧烷（封端107硅橡膠），工業(yè)級，江蘇科幸新材料有限公司；甲基三甲氧基硅烷混合交聯(lián)劑及粘附促進(jìn)劑，工業(yè)級，廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司；甲基硅油，工業(yè)級，道康寧（張家港）投資有限公司；雙乙酰乙酸乙酯鈦酸二異丙酯螯合物，工業(yè)級，杜邦；白炭黑，工業(yè)級，Degussa AG；超細(xì)納米活性碳酸鈣，工業(yè)級，恩平燕怡新材料有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

捏合機(jī)，NHZ-2000L，佛山市金銀河智能裝備股份有限公司；行星攪拌機(jī)，XJB-2000L，佛山市金銀河智能裝備股份有限公司；剝離實(shí)驗(yàn)機(jī)，BLD－200N，廣州標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器用品有限公司；萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)，WDW-1，上海松頓機(jī)械設(shè)備有限公司；及一般實(shí)驗(yàn)室儀器。

1.3 高強(qiáng)度有機(jī)硅密封膠的制備

將經(jīng)計(jì)量的107 硅橡膠、填料加入捏合機(jī)中抽真空加熱去除水分，冷卻至室溫后得基料。取一定量的基料加入行星機(jī)中，加入一定配比的交聯(lián)劑，真空攪拌10～60 min，最后加入催化劑及偶聯(lián)劑，真空攪拌30～80 min。真空脫泡攪拌充分后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下裝入300 mL塑料瓶密封備用。

1.4 性能表征及測試

表干、消黏時(shí)間：按GB /T 13477. 5—2002測試；貯存期：按GB/T 7123.1—2002測試；剝離強(qiáng)度：按GB /T 13477.18—2002測試；粘接強(qiáng)度：按GB/T 13477.8—2002測試；揮發(fā)分：按GB/T 13477.19—2002測試；耐黃變性能測定：將測試膠樣分別點(diǎn)到PC泡內(nèi)頂部，膠量不超過10 g，順/逆時(shí)針均勻涂開，以玻璃片涂上膠，將球泡密封，放入烤箱100 ℃烘烤24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 白炭黑用量對密封膠強(qiáng)度的影響

由圖1可以看出，隨著白炭黑添加量的增加, 有機(jī)硅密封膠的拉伸強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度不斷提高, 當(dāng)添加35份白炭黑時(shí)，拉伸強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度基本上同時(shí)達(dá)到最大值，其強(qiáng)度分別由開始的2.8 MPa和4.9 kN/m增加到最大值6.5 MPa和11.2 kN/m。但達(dá)到最高點(diǎn)后2者機(jī)械強(qiáng)度反而有所下降。故添加35份白炭黑，使得有機(jī)硅密封膠獲得了最佳的力學(xué)性能。

圖1 白炭黑添加量與密封膠拉伸強(qiáng)度及剝離強(qiáng)度的關(guān)系Fig.1 Effect of fumed silica amount on tensile strength and peeling strength of sealant（注：配比封端107膠100份，碳酸鈣100份，交聯(lián)劑3份，催化劑2份，粘附促進(jìn)劑0.8份。）

2.2 封端107膠黏度對密封膠性能的影響

表1結(jié)果表明，封端107硅橡膠的黏度越高，制備有機(jī)硅密封膠的表干時(shí)間越短，拉伸和剝離強(qiáng)度越高。但是由于表干時(shí)間過短，使生產(chǎn)過程操作難度增大，過快的表干時(shí)間導(dǎo)致密封膠出料瞬間易結(jié)皮。另外黏度的增加使密封膠的擠出性偏小，施工性能變差，使照明用密封膠的點(diǎn)膠效率過低。而低黏度封端107膠制備的有機(jī)硅密封膠，具有適宜的表干時(shí)間、生產(chǎn)過程中易操作、成品質(zhì)量高以及較高的力學(xué)性能等特點(diǎn)；同時(shí)具有擠出性大，易施工等特點(diǎn)。故當(dāng)封端107 膠的黏度為1 500 mPa·s時(shí)，密封膠的硫化性能較好，且擠出性適宜、施工性能優(yōu)越。

表1 封端107膠黏度對密封膠性能的影響Tab.1 Effect of viscosity of end capped 107 silicone rubber on sealant properties

2.3 交聯(lián)劑用量對密封膠性能的影響

表2可以看出，混合交聯(lián)劑用量多少對密封膠的表干和消粘時(shí)間影響較小，但隨著交聯(lián)劑用量的增加，密封膠的擠出性能變好，貯存期延長。主要是因?yàn)榧{米碳酸鈣中含有微量的水分，使交聯(lián)劑發(fā)生了水解聚合反應(yīng)，慢慢消耗了大部分交聯(lián)劑，導(dǎo)致密封膠的貯存期縮短。另外，隨著交聯(lián)劑用量的增加，密封膠的揮發(fā)分升高，過高的揮發(fā)分會使LED燈使用過程發(fā)生起霧，導(dǎo)致LED燈光衰。因此，當(dāng)混合交聯(lián)劑的用量為3份時(shí)，密封膠具有較長的貯存期，揮發(fā)分較小。

表2 交聯(lián)劑用量對密封膠性能的影響Tab.2 Effect of crosslinking agent amount on sealant properties

2.4 催化劑用量對密封膠性能的影響

表3表明，隨催化劑用量的增加，密封膠的表干消粘時(shí)間加快，貯存期降低，黃變幾率增大。同時(shí)當(dāng)催化劑用量為1份或者3份時(shí)，密封膠的擠出性能變差。前者是因?yàn)榇呋瘎┯昧窟^少，生產(chǎn)過程黏度高峰大沒有充分分散；后者是因?yàn)榇呋瘎┯昧窟^大，導(dǎo)致密封膠過早發(fā)生凝膠，使稠度增加。因此，當(dāng)催化劑用量為2份時(shí)，密封膠才具有最佳的表干消粘時(shí)間，優(yōu)異的施工性能、較長的貯存期和抗黃變性能。

表3 催化劑用量對密封膠性能的影響Tab.3 Effect of catalyst amount on sealant properties

3 結(jié)論

采用黏度為1 500 mPa·s封端107硅橡膠100份，白炭黑35份，碳酸鈣100份，交聯(lián)劑3份，催化劑2份，粘附促進(jìn)劑0.8份，制得的密封膠性能較好，具有最大的拉伸強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度，強(qiáng)度分別為6.5 MPa和11.2 kN/m，貯存期可達(dá)9個(gè)月；同時(shí)具有最佳的表干消粘時(shí)間，優(yōu)異的施工性能、低揮發(fā)分、較長的貯存期和抗黃變性能，能夠滿足快速發(fā)展的照明LED燈具行業(yè)粘接要求，提高LED燈具的生產(chǎn)效率。

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