車燈用脫醇型雙組分有機(jī)硅密封膠的研制

屈 裴，羅紅情，熊 婷，車國勇，王有治

（成都硅寶科技股份有限公司，四川 成都 610041）

車燈用脫醇型雙組分有機(jī)硅密封膠的研制

屈 裴，羅紅情，熊 婷，車國勇，王有治

（成都硅寶科技股份有限公司，四川 成都 610041）

制備了車燈用脫醇型雙組分室溫硫化（RTV- 2）有機(jī)硅密封膠，探索了填料的平均粒徑，交聯(lián)劑的類型和用量以及偶聯(lián)劑的類型和用量對其性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用50份黏度為20 000 mPa·s的107膠和50份平均粒徑為80 nm的碳酸鈣配制成A組分，以50份炭黑，50份二甲基硅油，80份正硅酸乙酯，15份脲基增粘劑復(fù)合物，3份二丁基錫二月桂酸錫配制成B組分，通過雙組分打膠機(jī)混合后打出的脫醇型RTV- 2有機(jī)硅密封膠能夠滿足車燈密封粘接與裝配的使用要求。

車燈；脫醇型；RTV- 2；有機(jī)硅密封膠

隨著人們對汽車品質(zhì)要求越來越高，車燈的粘接密封要求也越來越嚴(yán)格。車燈長期處于汽車外部，一直面臨顛簸振動、雨水粉塵、高溫紫外等環(huán)境考驗(yàn)，需要密封膠具有較好的耐候性能、力學(xué)強(qiáng)度、對車燈基材的粘接等性能。

目前，車燈粘接密封材料主要分為丁基熱熔膠、反應(yīng)性聚氨酯膠[1～3]和有機(jī)硅密封膠3種。丁基熱熔膠和反應(yīng)性聚氨酯固化快，適合于大批量工業(yè)化生產(chǎn)。但是，丁基熱熔膠在車燈的高溫照射下容易開裂、漏水，反應(yīng)性聚氨酯膠耐高溫和耐紫外輻射性能較差，長期暴露在惡劣環(huán)境中容易出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象[4]，限制了這2種膠的應(yīng)用。有機(jī)硅密封膠在室溫下即可固化，使用方便，具有優(yōu)異的耐候性，耐高低溫性（-60～260 ℃）以及良好的力學(xué)性能[5]，是車燈密封應(yīng)用的主要發(fā)展方向[6]。

現(xiàn)國內(nèi)主要報道的車燈密封粘接產(chǎn)品都以熱熔膠或反應(yīng)性聚氨酯為主[1～3]，雙組分有機(jī)硅密封膠作為車燈密封膠的報道較少。本實(shí)驗(yàn)探索了車燈用脫醇型雙組分室溫硫化（RTV- 2）有機(jī)硅密封膠中A組分中填料的平均粒徑，B組分交聯(lián)劑類型和用量、偶聯(lián)劑類型和用量對RTV- 2有機(jī)硅密封膠施工性能、力學(xué)性能和粘接性能的影響，制備了滿足車燈密封膠粘接和施工要求的RTV- 2有機(jī)硅密封膠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

α,ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（107膠），黏度20 000 mPa·s，瓦克化學(xué)（中國）有限公司；碳酸鈣，粒徑20～120 nm，蘇威（上海）有限公司；碳酸鈣，粒徑40～80 nm，廣東恩平化工實(shí)業(yè)有限公司；二丁基二月桂酸錫，工業(yè)級，吉林市華信化工有限責(zé)任公司；二甲基硅油，黏度500 mPa·s，道康寧（中國）投資有限公司；甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯，均為工業(yè)級，湖北新藍(lán)天新材料股份有限公司；氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）、γ-環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷（KH-560）、β-氨乙基-γ氨丙基三乙氧基硅烷（KH- 792），均為工業(yè)級，安徽硅寶翔飛有機(jī)硅新材料有限公司；脲基增粘劑復(fù)合物，自制。

1.2 設(shè)備及儀器

雙軸行星機(jī)，XSJ- 2，自產(chǎn)；捏合機(jī)，ZH- 5，江蘇省如皋市強(qiáng)盛塑料化工機(jī)械廠；萬能拉力測試機(jī)，3365萬能材料試驗(yàn)機(jī)，英斯特朗公司；烘箱，DZF- 6050，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司。

1.3 RTV-2有機(jī)硅密封膠的制備

1.3.1 A組分的配制

在捏合機(jī)中，加入100份107膠和80～120份碳酸鈣，在溫度≥80 ℃、真空度≤-0. 085 MPa條件下，捏合脫水0. 5 h，氮?dú)獗Ｗo(hù)下冷卻至室溫備用。

1.3.2 B組分的配制

在雙軸行星攪拌機(jī)中，加入50份高溫真空脫水后的炭黑、50份二甲基硅油、40～100份交聯(lián)劑，保持真空度≤-0. 09 MPa，攪拌脫泡后，加入3份二丁基二月桂酸錫、0～20份偶聯(lián)劑，保持真空度≤-0. 09 MPa，攪拌1 h出料，灌裝于密封的塑料筒內(nèi)，保存待測。

1.4 性能測試

適用期：按GB/ T 29595—2013 測試；

實(shí)測相差時間：通過雙組分打膠機(jī)經(jīng)過12節(jié)靜態(tài)混合管打出，打成20 cm長的條狀，測試各個不同部位的適用期，以最快和最慢適用期的相差時間作為實(shí)測相差時間；

拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率：按GB/ T 528—2009測試；

剪切強(qiáng)度：按GB/ T 7124—2008測試；

加速貯存性：將膠料于70 ℃烘箱中存放5 d（相當(dāng)于常溫放置6個月[7]）后測試其相關(guān)性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 A組分中填料對RTV-2有機(jī)硅密封膠性能的影響

RTV- 2有機(jī)硅密封膠在使用過程中按照使用比例通過雙組分打膠機(jī)打出，經(jīng)過靜態(tài)混合管混合后涂膠到使用部位，如果A組分的施工性能和B組分相差太大，會造成混合不均，影響固化速度，甚至不固化。碳酸鈣是RTV- 2有機(jī)硅密封膠常用的填料，對密封膠的施工性能和力學(xué)性能都有較大影響。表1是碳酸鈣粒徑對RTV- 2有機(jī)硅密封膠性能的影響。

表1 碳酸鈣粒徑對RTV-2有機(jī)硅密封膠的影響Tab.1 Effect of average size of CaCO3on RTV-2 silicone sealant

由表1可以看出，隨著碳酸鈣平均粒徑增大，混合后RTV- 2有機(jī)硅密封膠適用期基本無變化，觸變性變差，適用期相差時間變小，但是拉伸強(qiáng)度下降了30. 6%，斷裂伸長率增加了48. 9%。這是因?yàn)樘妓徕}粒徑越小，比表面積越大，與107膠的分子間作用力增強(qiáng)，使產(chǎn)品具有更好的觸變性，但是膠料黏度上升，與B組分黏度差變大，導(dǎo)致適用期相差時間明顯增大，混合效果變差。在混合交聯(lián)完成后，物理吸附和纏繞能力增加，補(bǔ)強(qiáng)作用更好，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度越高，但是更容易達(dá)到應(yīng)力點(diǎn)斷裂，斷裂伸長率降低。綜合力學(xué)性能和施工性能考慮，選擇80 nm平均粒徑的碳酸鈣作為填料。

2.2 B組分中交聯(lián)劑對RTV-2有機(jī)硅密封膠性能的影響

目前雙組分密封膠中常用的交聯(lián)劑是甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、正硅酸乙酯等。表2是不同交聯(lián)劑對RTV- 2有機(jī)硅密封膠性能的影響。

表2 不同交聯(lián)劑對RTV-2有機(jī)硅密封膠性能的影響Tab.2 Effect of different crosslinkers on RTV-2 silicone sealant performance

由表2可以看出，不同交聯(lián)劑對密封膠適用期和強(qiáng)度影響很大，水解活性比較高的甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和正硅酸甲酯制備的B組分混合后適用期都在10 min以內(nèi)，直接使用困難較大。而甲基三甲氧基硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷均為三官能團(tuán)的交聯(lián)劑，交聯(lián)密度較四官能團(tuán)的交聯(lián)劑低，導(dǎo)致膠料完全固化后強(qiáng)度較低，伸長率較好。綜合考慮，選用正硅酸乙酯作為交聯(lián)劑。同時研究了交聯(lián)劑用量對RTV-2有機(jī)硅密封膠的影響，如表3所示。

表3 交聯(lián)劑用量對RTV-2有機(jī)硅密封膠性能的影響Tab. 3 Effect of crosslinker amount on RTV-2 silicone sealant performance

由表3可以看出，隨著交聯(lián)劑用量增加，適用期逐漸增加，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率也同時增加。這是因?yàn)樵诮宦?lián)過程中，交聯(lián)劑需要吸收空氣中的水分水解再形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，交聯(lián)劑增加后需要吸收水分水解的時間變長，導(dǎo)致適用期延長，交聯(lián)劑的增加同時增加了密封膠的交聯(lián)密度，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率增加。但是，經(jīng)過70 ℃加速存放5 d后，交聯(lián)劑為40份的配方已經(jīng)不固化，60份交聯(lián)劑用量的配方適用期有大幅延長，達(dá)到55 min，而用量在80份和100 份的配方則適用期和力學(xué)強(qiáng)度保持良好。綜合加速存放前后的適用期和力學(xué)性能，選擇交聯(lián)劑80份用量為最佳。

2.3 B組分中增粘劑類型及用量對車燈粘接性的影響

車燈的外殼一般是由聚碳酸酯（PC）制成，而底座則是由聚丙烯（PP）制成，所以車燈用有機(jī)硅密封膠需要對PC和PP具有良好的粘接性能。研究了不同增粘劑對PP和PC粘接性的影響，如表4所示。

表4 不同增粘劑對PP和PC粘接性的影響Tab. 4 Effects of different tackifiers on adhesion to PP and PC

由表4看出，未使用增粘劑和使用KH-560的樣品對PC和PP材料粘接很差。使用KH-550和KH- 792作為增粘劑，對PP粘接性都非常好，沒有破壞，但是在PC面都有一定的破壞面積且剪切強(qiáng)度都較低。使用自制脲基增粘劑復(fù)合物制備的雙組分密封膠剪切強(qiáng)度最大，且對PP和PC的粘接性非常好。接著研究了脲基增粘劑復(fù)合物的量對PC和PP材料粘接性能的影響，如表5所示。

表5 脲基增粘劑復(fù)合物用量對PP和PC粘接性的影響Tab. 5 Effect of urea based tackifier amount on adhesion to PP and PC

由表5可知，在脲基增粘劑復(fù)合物用量為5份時，雙組分密封膠在PC面的粘接有35%的粘接面積破壞，隨著用量的增加，當(dāng)用量在10份及以上時，對PC和PP面粘接都無破壞。隨著脲基增粘劑復(fù)合物用量增加，剪切強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)用量在15份以后，其剪切強(qiáng)度幾乎不變。綜合考慮，脲基增粘劑復(fù)合物用量控制為15份。

2.4 綜合性能指標(biāo)

綜上研究，配方優(yōu)化后配制的車燈用脫醇型RTV- 1有機(jī)硅密封膠產(chǎn)品綜合性能見表6。

3 結(jié)論

表6 車燈用脫醇型RTV-2有機(jī)硅密封膠產(chǎn)品綜合性能Tab. 6 Overall performance of RTV-2 silicone sealant for vehicle lamp

以50份20 000 mPa·s黏度的107膠作為基礎(chǔ)聚合物，與50份平均粒徑為80 nm的碳酸鈣配制成A組分，以50份炭黑、50份二甲基硅油、80份交聯(lián)劑、15份脲基增粘劑復(fù)合物、3份二丁基錫二月桂酸錫配制成B組分。通過雙組分打膠機(jī)按照質(zhì)量比12∶1混合打出，制得的密封膠適用期20 min，適用期相差時間為2 min，拉伸強(qiáng)度2. 27 MPa，斷裂伸長率332%，剪切強(qiáng)度1. 56 MPa，對PC和等離子處理后的PP粘接密封性良好，可應(yīng)用于車燈的密封粘接。

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Preparation of RTV-2 dealcoholized silicone sealant for vehicle lamps

QU Pei, LUO Hong-qian, XIONG Ting, CHE GUO-yong, WANG You-zhi
(Chengdu Silicon Technology Co., Ltd., Chengdu, Sichuan 610041, China)

The two-component room temperature vulcanized (RTV-2) dealcoholized silicone sealant was prepared for vehicle lamps, the effects of the average size of fillers, the content and type of crosslinking agents and the content and type of coupling agents were studied. The preferred RTV-2 dealcoholized silicone sealant formulation is that the component A is prepared with 50 parts of 107 silicone rubber with viscosity of 20 000 mPa·s and 50 parts of CaCO3with an average size of 80 nm, the component B is prepared with 50 parts of carbon black, 50 parts of silicone oil, 80 parts of tetraethoxysilane, 15 parts of self-made urea based coupling agent and 3 parts of dibutyltin dilaurate. The RTV-2 dealcoholized silicone sealant obtained after mixing in the two-component sealing machine can meet the requirements for sealing and assembling of vehicle lamps.

lamp; dealcoholized; RTV-2; silicone sealant

TQ433.4+38

A

1001-5922（2017）05-0031-04

2016- 12- 15

屈裴（1987-），男，工程師，長期從事室溫硫化硅橡膠的開發(fā)。E- mail：qupei@ cnguibao. com。