耐濕熱雙組分縮合型有機(jī)硅灌封膠的研制

鄭常華，張震宇，龐文鍵，王 兵

（廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510540）

耐濕熱雙組分縮合型有機(jī)硅灌封膠的研制

鄭常華，張震宇，龐文鍵，王 兵

（廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 510540）

以107膠、硅微粉為主要原料，選擇不同類型的交聯(lián)劑，配以有機(jī)錫催化劑，適宜的偶聯(lián)劑，制成縮合型有機(jī)硅雙組分灌封膠，測試其在高溫高濕條件下，硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的變化，綜合評(píng)價(jià)灌封膠的耐濕熱性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)選用自制混合交聯(lián)劑A且用量為A組分的8%、增塑劑用量小于A組分總量的10%、硅微粉用量為107膠總量的100%時(shí)，制備的灌封膠耐濕熱性能優(yōu)良，對(duì)材料具有廣泛的粘接性，有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

耐濕熱；雙組分；縮合型；灌封膠；高溫高濕

為了提高電子元器件的可靠性、耐久性和使用壽命，一般需對(duì)其進(jìn)行有效的密封以及灌封防護(hù)。部分特殊用途的電子元器件，例如室外使用的照明燈具，光伏組件接線盒，長期在陽光充足、潮濕的雨天等環(huán)境下工作，需要經(jīng)受長期冷熱及潮濕環(huán)境的考驗(yàn)，對(duì)電子元器件的密封以及灌封防護(hù)提出了更高的要求。有機(jī)硅橡膠因具有優(yōu)異的耐高低溫性、耐紫外老化性、材料絕緣性等特點(diǎn)，在建筑、道路、輪船、電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，而普通的有機(jī)硅橡膠在濕熱環(huán)境下性能下降明顯，要滿足濕熱環(huán)境下的長期使用需求，需從配方設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化。本文考查了以107膠為基料，加入硅微粉等粉體，配以適宜的交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、有機(jī)錫，制備雙組分縮合型有機(jī)硅灌封膠，并研究了交聯(lián)劑的種類及用量、增塑劑和粉體用量對(duì)其濕熱性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

端羥基聚二甲基硅氧烷（107膠），1 500 mPa·s，新安化工；硅微粉，3～4 μm，佛山市金戈粉體有限公司；正硅酸乙酯、硅酸乙酯縮聚物，99%，新亞化工；正硅酸異丙酯，98%，新亞化工；混合交聯(lián)劑A，自制；二月桂酸二丁基錫，吉林市華信化工有限公司；二甲基硅油（PDMS），100 mPa·s，日本信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社；氨丙基三乙氧基硅烷、3-（2，3-環(huán)氧丙）基三乙氧基硅烷，日本信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社。

1.2 儀器設(shè)備

GDJS-100C高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱，廣州標(biāo)格達(dá)實(shí)驗(yàn)室儀器用品有限公司；ZKJ-Z型高負(fù)荷柜式攪拌機(jī)，江陰市雙葉機(jī)械有限公司；SFJ-400微機(jī)控制電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，上海松頓機(jī)械設(shè)備有限公司；LX-A橡膠硬度計(jì)，上海六菱儀器廠；PC68數(shù)顯高阻計(jì)，上海第三分析儀器廠；LK2674A型耐壓測試儀，常州市藍(lán)光電子有限公司。

1.3 有機(jī)硅灌封膠的制備

A組分制備：稱取100份（質(zhì)量份，下同）的107膠，70份的硅微粉，4份的白色料，在行星攪拌機(jī)中真空攪拌均勻，0.5 h后出料待用。

B組分制備：稱取80份交聯(lián)劑，5份的氨丙基三乙氧基硅氧烷、5份環(huán)氧丙基三乙氧基硅烷，0.2份的有機(jī)錫催化劑、10份二甲基硅油（PDMS），攪拌均勻。

使用時(shí)，按照A組分：B組分質(zhì)量比10∶1進(jìn)行混合，混勻真空脫除氣泡，灌封樣件，于室溫下自然固化成型，固化后養(yǎng)護(hù)1周，再進(jìn)行測試。

1.4 性能測試

濕熱試驗(yàn)：按照IEC 61215的規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)溫度（85±2）℃，相對(duì)濕度（85±5）%，試驗(yàn)時(shí)間為1 000 h；

拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率：按照GB/T 528—2009方法測試；

變色情況：按照GB 16776—2005附錄A測試；

粘接性：按照GB 16776—2005附錄D中1.2手拉實(shí)驗(yàn)法測試；

邵氏硬度：按照GB/T531.1—2008方法測試；

體積電阻率：按照GB/T 1692—2008方法測試；

擊穿電壓：按照GB/T 1695—2005方法測定；

黏度：按照GB/T 2794—1995方法測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 交聯(lián)劑種類對(duì)灌封膠濕熱性能的影響

交聯(lián)劑的類型對(duì)濕熱性能的影響見表1。從表1可以看出，以正硅酸乙酯、正硅酸異丙酯、硅酸乙酯縮合物和自制混合交聯(lián)劑A作為交聯(lián)劑制備的雙組分縮合型有機(jī)硅灌封膠，其固化后膠樣拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率及硬度性能接近，差異不大。但經(jīng)過雙八五(溫度85℃，濕度85%）濕熱試驗(yàn)后，前3種交聯(lián)劑得到的膠樣強(qiáng)度、硬度、伸長率都出現(xiàn)大幅下降，綜合性能下降約30%，部分拉伸強(qiáng)度下降約45%，而自制混合交聯(lián)劑A制備的膠樣在濕熱試驗(yàn)后，拉伸強(qiáng)度保持率為83%，斷裂伸長率保持率為82%，硬度保持率為87%。這是因?yàn)樵跐駸釛l件下，四官能基交聯(lián)劑的濕熱性能更為敏感，分解更快，導(dǎo)致灌封膠整體性能下降明顯，而自制混合交聯(lián)劑A對(duì)濕熱性能更為穩(wěn)定。因此，在后續(xù)試驗(yàn)中，選擇自制混合交聯(lián)劑A來制作灌封膠。

表1 交聯(lián)劑的類型對(duì)濕熱性能的影響Tab.1 Influence of crosslinker type on performance of encapsulants under heat and humidity conditions

從圖1可見，隨著混合交聯(lián)劑A用量的增加，拉伸強(qiáng)度保持率和硬度保持率都在增加，表明耐濕熱性能逐漸變好；交聯(lián)劑用量持續(xù)增加時(shí)，拉伸強(qiáng)度保持率逐漸降低，斷裂伸長率快速下降，硬度保持率持續(xù)增加，表明膠體變脆變硬，膠料的拉伸強(qiáng)度濕熱性能在變差。當(dāng)交聯(lián)劑用量達(dá)到8份時(shí)，灌封膠的耐濕熱性能最佳。交聯(lián)劑用量過少或過多，都將導(dǎo)致灌封膠的耐濕熱性能下降，這是因?yàn)榻宦?lián)劑量少時(shí)，交聯(lián)密度低，107膠反應(yīng)不完全，游離狀態(tài)比較多，使最大拉伸強(qiáng)度、硬度濕熱性能較差；反之，交聯(lián)劑量過多時(shí)，交聯(lián)密度太高引起膠體變硬、變脆，且過量的交聯(lián)劑因不能參與到主鏈的反應(yīng)中，只能自身縮合，形成小的高交聯(lián)密度的網(wǎng)狀聚合物，但這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并不緊密，在高溫高濕條件下易斷裂，導(dǎo)致膠體的力學(xué)性能如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率急劇降低。混合交聯(lián)劑A用量達(dá)到8份時(shí)，所制縮合型灌封膠的耐濕熱性能最佳。

圖1 交聯(lián)劑用量對(duì)濕熱性能的影響Fig.1 Influence of crosslinker amount on performance of encapsulants under heat and humidity conditions

2.2 增塑劑用量對(duì)灌封膠濕熱性能的影響

在灌封膠中加入增塑劑（二甲基硅油），可降低膠液黏度，改善流動(dòng)性，調(diào)整助劑配比，但對(duì)灌封膠的耐濕熱性能影響較大。如圖2所示，拉伸強(qiáng)度保持率、硬度保持率隨二甲基硅油用量增加迅速降低，僅有斷裂伸長率保持率緩慢增加，表明二甲基硅油用量的增加嚴(yán)重影響了耐濕熱性能。二甲基硅油在高溫高濕條件下，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，易滲出和遷移，膠體中間形成分子間隙，使水分子易滲透進(jìn)入，引起材料內(nèi)部含濕增高，從而加速了增塑劑以及其他可溶性物質(zhì)的滲出和遷移，這一濕熱條件遠(yuǎn)大于干熱條件下分子熱運(yùn)動(dòng)造成的破壞，導(dǎo)致灌封膠材料降解變快，濕熱性能下降。從圖2可知，增塑劑的用量小于總量的10%時(shí)，綜合性能較佳。

2.3 硅微粉用量對(duì)灌封膠濕熱性能的影響

硅微粉用量對(duì)濕熱性的影響見表2。

圖2 二甲基硅油（PDMS）用量對(duì)濕熱性能的影響Fig.2 Influence of PDMS amount on performance of encapsulants under heat and humidity conditions

表2 硅微粉用量對(duì)濕熱性的影響Tab.2 Influence of silica powder amount on performance of encapsulants under heat and humidity conditions

如表2所示，隨著粉體用量的增加，拉伸強(qiáng)度和硬度都在不斷增大，表明灌封膠的力學(xué)性能增加，具有良好的補(bǔ)強(qiáng)性能；經(jīng)過濕熱老化后，雖然其力學(xué)性能都下降，但是濕熱保持率變化相對(duì)穩(wěn)定。可見在固定其他配比條件下，粉體含量高的灌封膠，表現(xiàn)出更高的力學(xué)性能，濕熱老化后，也同樣表現(xiàn)出了更好的力學(xué)性能，粉體用量越高灌封膠的耐濕熱性能越好，但粉體用量過大，體系黏度也越大，流動(dòng)困難，操作性不佳。

2.4 自制灌封膠性能

選取100份107膠、10份二甲基硅油、100份硅微粉混合制作A組分；選取混合交聯(lián)劑A 80份、氨丙基三乙氧基5份、3-（2，3-環(huán)氧丙）基三乙氧基硅烷5份、二甲基硅油10份、有機(jī)錫0.2份制取B組分，按照質(zhì)量比10：1混合，用于灌封試樣，制得的樣膠性能如表3所示。

表3 自制灌封膠的主要性能參數(shù)Tab.3 Main performance parameters of self-prepared encapsulant

3 結(jié)論

選用自制混合交聯(lián)劑A且用量為A組分8%、增塑劑用量小于A組分總量的10%、硅微粉用量為107膠總量的100%，制備的灌封膠力學(xué)性能、電性能都滿足使用要求，對(duì)多種材料具有粘接性，濕熱后性能保持率都在80%以上，表現(xiàn)出良好的濕熱性能，可以有效保護(hù)電子元器件抵抗?jié)駸岘h(huán)境的影響，提高電子元件的使用壽命。

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Preparation of two-component condensation type silicone encapsulant with resistance to heat and humidity

ZHENG Chang-hua, ZHANG Zhen-yu, PANG Wen-jian, WANG Bing
(Guangzhou Baiyun Chemical Industry Co.,Ltd., Guangzhou, Guangdong 510540, China)

The two-component condensation type silicone encapsulant was prepared using hydroxyl terminated polydimethylsiloxane(107 glue) and silica powder as the main raw materials, organotin catalyst, coupling agent and different type of crosslinkers. The changes of hardness, tensile strength and elongation at break of the encapsulant at high temperature and humidity were determined to evaluate the resistance to heat and humidity of encapsulant. The results showed that when the self-made mixed crosslinking agent A amount was 8% of A weight, plasticizer amount was less than 10 % of component A weight and the silica powder amount was 100% of 107 glue weight, the encapsulant exhibited good resistance to heat and humidity and extensive adhesion to materials, showing a great pratical value.

resistance to heat and humidity; two-component; condensation type; silicone encapsulant; high temperature and humidity

TQ433.4+38

A

1001-5922（2017）04-0043-04

2016-11-03

鄭常華（1977-），男，工程師，專職從事硅橡膠產(chǎn)品研發(fā)工作。E-mail：13710649026@163.com。