耐高溫高濕燈具用有機硅膠粘劑性能的研究

陽習春，張震宇，陳何國，陳思斌，王 兵，譚月敏

（廣州市白云化工實業有限公司，廣東 廣州 510540）

近十多年來，燈具[1，2]行業發展迅速，各種功能不同的產品不斷涌現，對涉及的相關材料也提出了更高的要求。

膠粘劑作為燈具行業中不可或缺的材料之一，同樣也要適應產業鏈下游市場提出的越來越高的技術要求。燈具用膠粘劑除了常規的粘接性能、導熱性能、絕緣性能和耐高低溫性能等要求外，由于現在應用環境的變化，也要求燈具用膠粘劑同時兼具耐高溫高濕的性能。

有機硅膠粘劑[3～7]具有優異的耐高低溫、耐老化、介電性能和低腐蝕等性能，通過添加偶聯劑，可實現對大多數材料的良好粘接。目前市面上有機硅膠粘劑主要有脫酮肟型、脫醇型、脫醋酸型、脫丙酮型和脫酰氨型等類型，而出于環保方面的要求，適用于燈具行業的主要為脫醇型有機硅膠粘劑，應用在燈殼粘接、燈條固定和電子元器件粘接密封等方面。

但是，現有的脫醇型有機硅膠粘劑在燈具粘接密封應用中，大部分產品在高溫高濕條件下都會出現黃變、強度大幅下降甚至粉化、脆化以及電性能下降等缺點。因此，針對不斷變化的應用環境及客戶要求，研發出一種具有耐高溫高濕的燈具用有機硅膠粘劑極為必要。

1 實驗部分

1.1 主要原料

α,ω-二羥基聚二甲基硅氧烷（107膠，黏度為20 000 mPa·s），工業級，道康寧（張家港）投資有限公司；甲基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷（羥基清除劑），工業級，濟南宏嘉化工有限公司；氧化鋁，工業級，鄭州市三禾新材料有限公司；超細納米活性碳酸鈣，工業級，廣西華納新材料有限公司；2,2'-亞甲基雙（4,6-二叔丁基苯基）異辛烷氧基亞磷酸酯（抗黃變劑）、有機鈦催化劑（鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、鈦酸四叔丁酯復合物），工業級，廣州鑫冠化工科技有限公司。

1.2 儀器及設備

NHZ-2000L型捏合機，佛山市金銀河機械設備有限公司；XJB-2000L型行星攪拌機，佛山市金銀河機械設備有限公司；WDW-1型微機控制電子萬能材料試驗機，上海松頓機械設備有限公司；LK-7142型耐壓測試儀，常州市藍光電子有限公司；CTC256型環境測試箱，美墨爾特（上海）貿易有限公司。

1.3 膠粘劑的制備

將107膠、碳酸鈣和氧化鋁等按一定比例共混，120 ℃捏合3 h，冷卻至室溫，制得基料；將六甲基二硅氮烷、2,2'-亞甲基雙（4,6-二叔丁基苯基）異辛烷氧基亞磷酸酯加入上述制得的基料中，混合均勻；再加入甲基三甲氧基硅烷、有機鈦催化劑，真空混合均勻，即得有機硅膠粘劑。

1.4 性能測試

（1）介電強度：按照GB/T 1695—2005《硫化橡膠工頻擊穿強度耐電壓測定方法》標準，采用耐壓測試儀進行測試（25 ℃、50%RH固 化7 d后或85 ℃、85%RH放置7 d后）。

（2）拉伸強度、斷裂伸長率：按照GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》標準，采用微機控制電子萬能材料試驗機進行測試（25 ℃、50%RH固化7 d后或85 ℃、85%RH放置7 d后）。

（3）黃變：采用目測方法進行觀察。

2 結果與討論

2.1 填料比例對密封膠耐候性能的影響

表1為填料m（碳酸鈣）∶m（氧化鋁）=2∶1、1∶1和1∶2 這3種不同比例配制密封膠的主要機械性能和電性能耐候處理前后的對比數據。由表1可知：當m（碳酸鈣）∶m（氧化鋁）=2∶1時，常態下的拉伸強度、斷裂伸長率和介電強度等性能相對最佳。因超細納米碳酸鈣具有較高的表面能，碳酸鈣分子間以及碳酸鈣與密封膠配方體系內其他分子間存在較強的作用力，因而具有較好的拉伸強度及斷裂伸長率。同時，碳酸鈣含量較高時，具有更好的介電強度。

85 ℃、85%RH環境測試結果表明，耐候測試后的密封膠顏色變得深黃。只是當氧化鋁含量較高時，密封膠耐候測試后的各種性能保持率較高。由于氧化鋁熱導率大于碳酸鈣，因而，氧化鋁含量較高時，各種性能保持率較好。當m（碳酸鈣）∶m（氧化鋁）=1∶1時，密封膠綜合性能良好，且具有較好的耐候性能。

表1 不同填料比例對密封膠耐候性能的影響Tab.1 Effect of weight ratio of filler components on weather tastness of sealant

2.2 羥基清除劑對密封膠性能的影響

羥基清除劑用量對密封膠耐候性能的影響如表2所示。由表2可知：當加入不同量的六甲基二硅氮烷時，密封膠性能有明顯差異，六甲基二硅氮烷的加入量為1、2和5 g時，密封膠的性能接近，說明當加入量大于1 g時，性能保持穩定。經85 ℃、85%RH耐候處理后，六甲基二硅氮烷加入量為1 g時，具有較好的性能保持率，且膠條變為微黃，說明六甲基二硅氮烷能夠明顯提高密封膠的耐候性能。故認為六甲基二硅氮烷加入量為1 g的密封膠之綜合性能較好，且耐候性能明顯改善。

表2 羥基清除劑用量對密封膠耐候性能的影響Tab.2 Effect of hydroxyl scavenger amount on weather tastness of sealant

2.3 抗黃變劑用量對密封膠性能的影響

表3為加入不同量抗黃變劑時的性能測試結果。由表3可知：加入抗黃變劑后，密封膠拉伸強度沒有明顯變化，斷裂伸長率變大。隨著抗黃變劑加入量的增加，密封膠性能無明顯變化。85 ℃、85%RH測試后，抗黃變劑加入量為0.1 g的密封膠顏色變為微黃；當抗黃變劑加入量≥0.5 g時，密封膠性能保持良好，且顏色不發黃。所以抗黃變劑加入量為0.5 g較適宜，此時密封膠具有較好的綜合性能且耐候性能良好。

表3 抗黃變劑用量對密封膠耐候性能的影響Tab.3 Effect of anti-yellowing agent amount on weather tastness of sealant

2.4 催化劑種類對密封膠耐濕熱性能影響

采用同一有機硅密封膠作為基礎配方，以不同種類催化劑進行制備密封膠，其性能測試結果如表4所示。

表4 不同催化劑種類密封膠耐候性能的影響Tab.4 Effect of catalyst kind on weather tastness of sealant

由表4可知：采用鈦酸四叔丁酯復合物作為催化劑所制備的密封膠樣品，其拉伸強度、斷裂伸長率以及介電強度明顯優于以鈦酸四丁酯和鈦酸異丙酯為催化劑的密封膠樣品。85 ℃、85%RH耐濕熱測試后，鈦酸四叔丁酯復合物所制得的密封膠樣品不發黃，性能保持率良好。

3 結論

采用α,ω-二羥基聚二甲基苯基硅氧烷（107膠）為基礎聚合物，添加了碳酸鈣、氧化鋁等填料以及硅烷偶聯劑甲基三甲氧基硅烷等助劑，制備了性能較優的耐高溫高濕有機硅膠粘劑。研究了無機填料、羥基清除劑、抗黃變劑和鈦催化劑等對有機硅膠粘劑在高溫高濕下的拉伸強度、介電強度和黃變等性能的影響。當使用107膠100 g、混合填料[m（碳酸鈣）∶m（氧化鋁）=1∶1]200 g、羥基清除劑1 g、抗黃變劑1 g，交聯劑5 g和鈦酸四叔丁酯復合物催化劑1 g時，制備的燈具用密封膠之拉伸強度、斷裂伸長率和介電強度等性能較優，且耐候性能良好，經85℃、85%RH測試后，密封膠不發黃，性能保持良好，適合作為高溫高濕環境中燈具用密封膠。

[1]凌銘,張建文,黃中榮.汽車燈具的發展趨勢[J].照明工程學報,2013,24(4):106-112.

[2]溫其東,鄧茂林.國內燈具市場發展狀況[J].中國照明電器,2013,(11):4-8,21.

[3]李媛,趙苗,李光,等.LED封裝用有機硅材料的制備與性能[J].高分子材料科學與工程,2015,31(1):41-45,50.

[4]李曉蓮,林欣,張軍營,程玨.新型耐高溫含鈦有機硅膠粘劑的性能研究[J].中國膠粘劑,2014,23(2):15-18.

[5]王熹,徐彬蘭,何秀沖.有機硅膠粘劑在光伏組件中的應用及常見問題淺析[J].粘接,2011,32(1):91-93.

[6]江國棟,李懷棟,沈曉冬,沈揚.縮合型RTV有機硅膠粘劑的補強及老化研究[J].粘接,2011,32(9):46-49.

[7]陳思斌,張震宇,譚月敏.淺談有機硅材料在LED球泡燈中的應用[J].中國照明電器,2013,43(11):22-24.