LED顯示屏模塊用雙組分有機(jī)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(lán)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(xiàn)信息量較大、壽命較長(zhǎng)、耗電量較小、質(zhì)量較輕、空間尺度較小、穩(wěn)定性較高、易操作和易安裝保護(hù)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于樓體輪廓、臺(tái)階、展臺(tái)、橋梁、酒店和KTV裝飾照明，以及廣告招牌的制作、各種大型動(dòng)畫和字畫的廣告設(shè)計(jì)等場(chǎng)所。LED顯示屏的工作環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，既可用于室內(nèi)也可用于室外，為了保證顯示屏長(zhǎng)時(shí)間有效運(yùn)行，一般用縮合型室溫硫化硅橡膠對(duì)其電子元器件模塊進(jìn)行灌封以起到防水、防潮、防風(fēng)和防靜電等效果。LED顯示屏在清洗和搬運(yùn)過(guò)程中，LED燈管受碰觸，容易發(fā)生彎折，導(dǎo)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(jí)硅微粉、交聯(lián)劑、偶聯(lián)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(jī)硅灌封膠。

1 實(shí)驗(yàn)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(jī)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(xì)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(lián)眾化工有限公司；炭黑，卡伯特公司。

1.2 儀器及設(shè)備

SXJ-2L雙行星動(dòng)力混合實(shí)驗(yàn)機(jī)，佛山金銀河公司；CMT4104電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，深圳市新三思材料檢測(cè)有限公司；DV-II+Pro型號(hào)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，美國(guó)BROOKFIELD公司。

1.3 雙組分有機(jī)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(jī)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(lián)劑（乙烯基三乙氧基硅烷 ） 、1～5 g的 偶 聯(lián) 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(cè)試

（1）拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率：按照GB/T 528—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，采用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)定。

（2）黏 度 ： 按 照GB/T 10247—2008《黏度測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)，采用黏度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

（3）適用期：按照GB 16776—2005《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

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

（5）粘接性能：采用90°T型剝離方法進(jìn)行測(cè)定[在被粘材料表面打膠，膠條長(zhǎng)度為50 mm，寬度為15 mm，厚度約為5 mm，在標(biāo)準(zhǔn)條件下固化168 h后，將膠條相對(duì)于被粘材料以90°角向上用力牽引，在此過(guò)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(tài)，用“AF”表示粘接破壞，“CF”表示內(nèi)聚破壞，破壞程度用0～100表示]。

2 結(jié)果與討論

2.1 107硅橡膠黏度對(duì)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(duì)灌封膠硬度、黏度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 107硅橡膠黏度對(duì)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(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨之增加。這是由于107硅橡膠黏度增大，其分子鏈變長(zhǎng)，交聯(lián)點(diǎn)減少，交聯(lián)密度降低。當(dāng)灌封膠的斷裂伸長(zhǎng)率較大、硬度較小時(shí)，能夠更好地避免由于外力碰觸LED燈管而發(fā)生的燈管彎折、灌封膠層開裂現(xiàn)象的發(fā)生，更好地保護(hù)了LED顯示器件；但當(dāng)灌封膠硬度較小時(shí)，黏度較大，排泡性會(huì)變差，進(jìn)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(lián)劑用量對(duì)灌封膠操作時(shí)間的影響

在其他組分不變的情況下，考查交聯(lián)劑用量對(duì)灌封膠操作時(shí)間的影響，結(jié)果如圖1所示，其中交聯(lián)劑用量是相對(duì)于密封膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)而言的。

圖1 交聯(lián)劑用量對(duì)灌封膠操作時(shí)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(lián)劑用量的增加，灌封膠的操作時(shí)間呈先減少后增加的趨勢(shì)。當(dāng)交聯(lián)劑用量為4%時(shí)，灌封膠的操作時(shí)間為75 min；交聯(lián)劑用量增加到6%時(shí)，操作時(shí)間達(dá)到相對(duì)最低點(diǎn)，為42 min；隨著交聯(lián)劑用量的增加，操作時(shí)間逐漸變長(zhǎng)，當(dāng)交聯(lián)劑用量為8%時(shí)，操作時(shí)間為70 min；此后隨用量的進(jìn)一步增加，操作時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，當(dāng)交聯(lián)劑用量為12%時(shí)，與6%時(shí)相比，操作時(shí)間延長(zhǎng)了近6倍，造成灌封膠固化困難。

這是因?yàn)榻宦?lián)劑與107硅橡膠的端羥基是通過(guò)吸收滲透的水汽進(jìn)行水解縮合而完成固化交聯(lián)的。在交聯(lián)劑用量小于6%的固化過(guò)程中，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的粒子有效碰撞理論，交聯(lián)劑含量的增加，增大了交聯(lián)劑小分子與107硅橡膠羥基間以及交聯(lián)劑與填料表面吸附的羥基之間有效碰撞、成功縮合的機(jī)會(huì)，從而使灌封膠操作時(shí)間縮短；當(dāng)交聯(lián)劑用量大于6%之后，隨著這些縮合反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致灌封膠交聯(lián)密度增大，從而對(duì)水汽滲透阻隔作用增大。因此，在交聯(lián)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(duì)操作時(shí)間的正反饋?zhàn)饔谜贾鲗?dǎo)作用，隨著交聯(lián)劑含量的進(jìn)一步增加，交聯(lián)密度的增大對(duì)水汽的阻隔作用開始占主導(dǎo)地位，因此出現(xiàn)了灌封膠操作時(shí)間先減小后增加的趨勢(shì)，當(dāng)交聯(lián)劑用量過(guò)量時(shí)會(huì)造成灌封膠固化困難甚至不固化的現(xiàn)象。當(dāng)交聯(lián)劑用量為6%時(shí)，操作時(shí)間最短為42 min。

2.3 偶聯(lián)劑對(duì)灌封膠粘接性、貯存穩(wěn)定性的影響

在其他組分不變的情況下，考查了偶聯(lián)劑種類及用量對(duì)灌封膠粘接性、貯存穩(wěn)定性的影響。結(jié)果如表2、表3和表4所示。

對(duì)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(duì)貯存穩(wěn)定性的破壞能力也較KH-560的高。當(dāng)KH-550用量為5%時(shí)，灌封膠貯存6個(gè)月后已不能正常固化。

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

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

表3 KH-560對(duì)灌封膠粘接性、貯存穩(wěn)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(duì)灌封膠粘接性、貯存穩(wěn)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(jié)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(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)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(lián)劑用量的增加，灌封膠的操作時(shí)間呈先減少后增加的趨勢(shì)。交聯(lián)劑用量增加到6%時(shí)，操作時(shí)間相對(duì)最短，為42 min。

（3）KH-550的粘接性明顯好于KH-560，其對(duì)貯存穩(wěn)定性的破壞能力也較KH-560高。2者按質(zhì)量比為1∶1復(fù)配使用時(shí)，粘接性和貯存穩(wěn)定性的協(xié)調(diào)性比KH-550單獨(dú)使用的好。

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