LED顯示屏灌封用導熱膠研制

李勝華 馮小平 王雪琴 周先當 王承光 姚艷麗

摘 要： 以α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷為基膠，配合導熱填料、稀釋劑、交聯劑和增粘劑等，制備了LED顯示屏灌封用導熱膠。研究了導熱填料和交聯劑用量對導熱膠性能的影響，探討了增粘劑種類和用量對導熱膠粘接性能、力學性能的影響以及稀釋劑用量對出油情況的影響。結果表明：隨著導熱填料用量增大，導熱膠的拉伸強度、黏度、導熱系數和密度都增大，斷裂伸長率先增大后減小；隨交聯劑用量增大，導熱膠的拉伸強度和硬度增大，斷裂伸長率減小；含氨基的增粘劑對LED顯示屏粘接良好，鏈烷烴混合物稀釋效果好且不發生出油問題。

關鍵詞： LED顯示屏；灌封膠；導熱膠；粘接性能

中圖分類號： TQ437+.6

文獻標志碼： A ?文章編號： 1001-5922（2023）08-0038-04

Preparation of thermal conductive encapsulation for LED display

LI Shenghua1，FENG Xiaoping1，WANG Xueqin1，ZHOU Xiandang2，

WANG Chengguang2，YAO Yanli3

（1.Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology，The Key Laboratory of Low Dimension Photoelectric Material and Devices of Hubei Province，Xiangyang 441003，Hubei China;

2.Hubei Aerospace Chemical New Materials Co.，Ltd.，Xiangyang 441057，Hubei China;

3.Hubei Sunvalor Power Source Aerospace Tech Co.，Ltd.，Xiangyang 441003，Hubei China.）

Abstract： The thermal conductive encapsulation for LED display was prepared with α，ω-dihydroxy polydimethylsiloxane as the basic resin and other processing aids such as thermal conductive filler，thinner，cross-linker，and tackifier，etc.The influences of conductive filler and cross-linker amount on the properties of thermal conductive encapsulation were investigated.The influence of tackifier sort and amount on bonding strength and mechanical property of thermal conductive encapsulation was discussed.The influence of thinner on the oil seepage was investigated.The results show that the tensile strength，hardness，thermal conductivity，density of the thermal conductive encapsulation decrease，and the elongation decreases at first and then increases as the amount of thermal conductive filler increases.The tensile strength and hardness increase，and the elongation decreases as the amount of cross-linker increases.The tackifier with amino has good bonding performance to LED display.The alkane thinner is good to diluted effect，and no oil seepage.

Key words： LED display;silicone encapsulation;thermal conductive adhesive;bonding performance

LED顯示屏因具有顯示信息量較大、壽命較長、耗電量較小、質量較輕、穩定性較高、易操作和易安裝等特點而被廣泛應用于樓體輪廓、展臺和酒店裝飾照明，以及廣告招牌制作、大型娛樂和體育賽事等場所[1-2]。

LED顯示屏的工作環境相對復雜，為了保證顯示屏長時間有效運行，一般需要對其電子元器件模塊進行灌封以起到固定LED燈以及防水、防潮、防風和防靜電等作用[3-4]。LED顯示屏在使用過程中會產生熱，若散熱不充分，將縮短LED顯示屏的使用壽命，因此需要導熱膠進行導熱。

目前LED顯示屏模塊或燈條的灌封普遍采用雙組分縮合型硅膠。隨著LED顯示屏的普及，顯示屏的畫面清晰度和逼真性要求越來越高，在更小的LED顯示屏上顯示清晰的圖像，使LED顯示屏向高密度小間距方向發展，為此，需要新型的有機硅導熱灌封膠來適應新的要求[5]。

本研究以低黏度α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷為基膠，配合導熱填料、炭黑、稀釋劑、交聯劑、偶聯劑及催化劑制得一種較低黏度、較高柔韌性和良好粘接性能的LED顯示屏灌封用雙組分有機硅導熱膠。

1 實驗部分

1.1 原材料

α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（107膠，黏度為700～800 mm2/s），廣州天疆高新材料有限公司；二甲基硅油（黏度為100、500 mm2/s），道康寧公司；鏈烷烴混合物（10 mm2/s），茂名市宏泰石化有限公司；乙烯基三甲氧基硅烷（A-171）、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）、γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷（KH-570）、 N -（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷（KH-792）、γ-異氰酸酯基丙基三乙氧基硅（KH-907）：工業級，杭州杰西卡化工有限公司；正硅酸乙酯（Si-28）、正硅酸乙酯縮合物（Si-40）、二丁基二月桂酸錫：工業級，湖北新藍天新材料股份有限公司；硅微粉FCJ-402（ d ?50=3～6 μm），廣東金戈新材料股份有限公司；炭黑：工業級，上海復瑞化工有限公司。

1.2 儀器及設備

JSF-550A型攪拌砂磨分散多用機，普申檢測儀器（上海）有限公司；ZYMC-180V型非介入式材料均質機，深圳市中毅科技有限公司；DRL-Ⅲ型導熱系數測試儀，湘潭湘儀儀器有限公司；WBE-9000B電腦伺服拉力試驗機，廣東威邦儀器科技股份有限公司；NDJ-8S型旋轉黏度計，上海精天電子儀器有限公司；LX-A邵氏橡膠硬度計，重慶里博儀器有限公司。

1.3 膠液及膠片的制備

A組分：稱取107膠、稀釋劑、炭黑和導熱填料于容器中，用分散機分散攪拌均勻，然后用均質機真空脫泡20 s，既得LED顯示屏灌封用導熱膠A組分。

B組分：稱取稀釋劑、催化劑、交聯劑和增粘劑于容器中，用攪拌電機攪拌均勻，然后用均質機真空脫泡20 s，既得LED顯示屏灌封用導熱膠B組分。

固化膠片：稱取一定量的A組分于容器中，再稱取A、B組分質量10 ∶1的于同一容器中，在均質機上攪拌30 s，并同時真空脫泡。將混合均勻的導熱膠倒入聚四氟模具中，室溫下固化7 d。力學性能的測試膠片制作厚度為（2±0.2）mm，導熱系數測試用膠片分別制作（2±0.2）、（3±0.2）和（4±0.2）mm的3種厚度的膠片。

1.4 性能測試

1.4.1 黏度測試

按照標準GB/T 2794—2013《膠粘劑黏度的測定單圓筒旋轉黏度計法》，用旋轉黏度計在（23±0.5）℃進行測試。

1.4.2 表干時間

按GB/T 13477.5—2002標準《建筑密封材料試驗方法：表干時間的測定》測試表干時間。

1.4.3 深度固化性測試

將A、B組分膠液按10 ∶1混合均勻，真空脫泡20 s，倒入容器中，膠液高度10 cm，室溫固化7 d，測試從表面到固化部位的厚度。

1.4.4 硬度測試

按照GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法：邵氏硬度計法（ 邵氏硬度） 》測試室溫固化7 d后膠片的硬度。

1.4.5 密度測定

按GB/T 533—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠密度的測定》標準測試室溫固化7 d后膠片的密度。

1.4.6 拉伸強度和斷裂伸長率測試

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， 采用智能電子拉力試驗機進行測定。

1.4.7 導熱系數測試

按 ASTM D5470—2012《導熱絕緣材料的熱傳輸特性的標準試驗方法》 標準用DRL-Ⅲ型導熱系數測試儀進行測定。

2 結果與討論

2.1 導熱填料的影響

導熱填料主要有金屬、無機導熱粒子和碳材料，由于LED顯示屏灌封用導熱膠要求具有一定絕緣性。因此，導熱填料選用無機導熱粒子類導熱填料，主要無機導熱粒子類導熱填料的導熱性如表1所示[6-7]。

氮化物和碳化物導熱性很好，但價格較高；氧化物的導熱性多數較低，幾種氧化物中SiO 2（硅微粉）導熱率最小，成本最低。由于LED顯示屏灌封用導熱膠的導熱性要求不高，綜合考慮選用SiO 2類作為本產品的導熱填料。

由于LED顯示屏灌封用導熱膠除了常規的LED顯示屏灌封外，還要能應用于小間距LED顯示屏灌封，因此，應選用粒徑小一些二氧化硅粒子。選用粒徑 d ?50為3～6 μm的硅微粉FCJ-402，其對導熱膠性能的影響如表2所示。

由表2可見，隨著導熱填料FCJ-402用量增大，導熱膠的拉伸強度、硬度、導熱系數和密度都增大;伸長率先增大后減小。這是由于硅橡膠的聚硅氧鏈較易吸附在硅微粉粒子表面，并使部分鏈節有序，這樣不僅使硅微粉成為物理交聯點，而且還能產生結晶化效果，使硅橡膠強度變大；硅橡膠強度增大，分子鏈間作用力增強，使橡膠不易被拉斷，橡膠的伸長率增大。但當強度繼續增大，使橡膠分子鏈移動受阻，伸長率將下降；硅微粉表面的羥基與硅橡膠分子鏈上的羥基會發生化學吸附，引起硅橡膠硬度增加，用量越大，硬度將越大。綜合硅橡膠的性能，導熱填料用量在25%～35%為宜。

2.2 稀釋劑的影響

室溫硫化硅橡膠常用的稀釋劑主要有：MDT 型硅油、α，ω-二甲氧基聚二甲基硅氧烷、二甲基硅油、鏈烷烴混合物、烷基芳香族化合物等[8]。這些稀釋劑不參與體系反應，因此需要與體系相容性好，避免固化后游離出體系。選用黏度為100 mm2/s和500 mm2/s的2種二甲基硅油和黏度為10 mm2/s鏈烷烴混合物作為稀釋劑進行試驗，主要試驗固化后膠片常溫放置7 d及高溫80 ℃條件下烘3 h后表面是否出油，結果如表3所示。

由表3可見，當100 mm2/s的二甲基硅油用量小于或等于16%時，制作的膠片不出油；當500 mm2/s的二甲基硅油用量小于或等于8%時，制作的膠片不出油；使用10 mm2/s的鏈烷烴在用量為20%時也不會發生出油問題。

低黏度的二甲基硅油優于高黏度的二甲基硅油，鏈烷烴混合物優于二甲基硅油，表明低黏度的稀釋劑與硅橡膠體系相容性更好。

2.3 增粘劑的影響

選用了幾種含不同官能團的偶聯劑進行實驗，導熱膠固化24 h后的粘接結果如表4所示。

由表4可見，含氨基的增粘劑對LED顯示屏粘接效果較好，特別是同時含有伯氨基和仲氨基的增粘劑KH-792完全滿足LED顯示屏粘接要求。選用KH-550和KH-792復配，試驗了不同用量與比例，對導熱膠性能影響結果如表5和圖1所示。

由表5和圖1可見，隨著增粘劑用量的增加，導熱膠的拉伸強度和硬度降低，表干時間減小，斷裂伸長率變大，增粘劑KH-550/KH-792質量比從0.5 ∶0.5到1.5 ∶1.5，都能實現很好的粘接。當KH-550與KH-792質量比大于或等于1.0 ∶0.5時，深度固化性能良好。

導熱膠灌封后，其中的硅烷偶聯劑首先水解成硅醇，硅醇中的一個羥基與基材表面鍵合，增加粘接強度，另外的羥基則與自身的羥基或107膠中的羥基發生縮合反應，增加膠的柔韌性，同時強度降低。隨偶聯劑用量增加，表干時間減小，由于KH-792氨基含量更大，在相同用量時比KH-550的表干時間更短。

2.4 交聯劑的影響

脫醇型雙組分室溫硫化硅橡膠的交聯劑主要是多官能烷氧基硅烷及硅氧烷，最常用的是正硅酸乙酯或其水解聚合物——聚正硅酸乙酯，選用正硅酸乙酯Si-28和Si-40進行實驗，結果如表6所示。

由表6可見，隨著交聯劑Si-28和Si-40質量比的增大，拉伸強度和硬度增大，斷裂伸長率減小；當交聯劑總量一定時，隨Si-40用量的增加，拉伸強度增大，斷裂伸長率減小，硬度增大；Si-40對硅橡膠的性能影響大于Si-28。隨著交聯劑Si-28、Si-40用量增大，聚合物交聯度增大，聚合物強度和硬度增大，斷裂伸長率減小。

3 結語

隨著導熱填料用量增大，導熱膠的強度、黏度、導熱系數和密度都增大，伸長率先增大后減小，導熱填料用量占膠料的25%～35%為宜。

稀釋劑中低黏度的二甲基硅油優于高黏度的二甲基硅油，鏈烷烴混合物優于二甲基硅油。

含仲氨基的增粘劑對LED顯示屏有很好的粘接效果。交聯劑Si-28和Si-40用量增大，拉伸強度和硬度增大，斷裂伸長率減小。

【參考文獻】

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