高黑度雙組份硅膠對低表面能材質(zhì)粘接的研究

鄧偉偉 李吉明 羅茜 劉桂恒

摘要：雙組份室溫固化結構膠具有固化速度快的特點，在保持快速固化的基礎上，對其他要求也越來越高，尤其是要求雙組份有機硅膠能夠快速粘接低表面能材料，在比例懸殊的情況下不僅要保證膠體表面的黑度和亮度以及對難粘接材質(zhì)優(yōu)廣泛的粘接適用性，還要求有其他好的綜合性能。文章主要研究質(zhì)量比A：B=8-12：1的比例較懸殊的雙組份快固有機硅膠的對低表面能材料的粘接的實驗解決方案。主要從合成的偶聯(lián)劑，制備工藝，色粉及著色等方面著手研究和解決。

關鍵詞：高亮度;高黑度;有機硅粘接劑;低表面能

中圖分類號：TQ433.4+38

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）06-0030-04

低表面能材料有多種多樣，常見的低表面能材料主要有固體硅膠，氟碳材料，聚酯環(huán)氧噴涂涂料，PPA，尼龍及尼龍含量較高的尼龍玻纖材質(zhì)等。

低表面能材質(zhì)在許許多多行業(yè)中都有應用，如家電行業(yè)，電子電器行業(yè).高端建筑，汽車制造行業(yè)，紡織服裝等領域等等均有應用低表面能材料，其在固定及密封需要用到粘接劑和密封劑，其中以有機硅粘接劑和密封劑最為常見，主要因有機硅材質(zhì)優(yōu)異的耐高低溫性能，耐熱性能，耐老化和防水性能，亦可以做到耐酸堿性能，耐溶劑，導熱阻燃性等等。

通常低表面能材質(zhì)都會進行表面處理再涂膠粘接，有物理處理方式和化學處理方式，主要為：溶劑清洗，電暈處理，短波紫外線輻射處理，砂紙?zhí)幚恚瑖娚程幚恚入x子蝕刻，化學蝕刻，加熱處理，底涂劑等。有些處理方式對表面粘接效果有限，有些處理方式多一道工序，增加廠家的工藝流程影響效率，且因廠家材質(zhì)形狀多種做樣，有的形狀不便于處理。而其中化學處理和底涂劑難免會產(chǎn)生VOC和廢物排出，現(xiàn)要求膠水能夠具備不處理情況下有粘接效果，方便廠家縮短工藝流程，進一步提高生產(chǎn)效率，降低成本。

本項目主要研究雙組份快固結構膠對固體硅膠，聚酯環(huán)氧噴涂涂料，尼龍玻纖，ppA，氟碳等幾種材質(zhì)的粘接研究。

1 實驗部分

1.1 主要原料

α，ω一二羥基聚二甲基硅氧烷，簡稱，107，粘度，（ 1500-50000mpa.s），江西星火有機硅有限公司;納米碳酸鈣（D50 80nm），恩平白翠華實業(yè)有限公司;超細硅微粉：湖州久立華飛;氧化鋁，氧化鋅，佛山金戈新材料有限公司;硫酸鋇，南風集團;1 146，廣州堅毅化工有限公司;γ一氨丙基三乙氧基硅烷KH550，γ-β -（氨乙基）-γ一氨丙基三甲氧基硅烷KH792，（KH-570，）荊州江漢精細化工有限公司;偶聯(lián)劑1，自制;偶聯(lián)劑2，自制，二月硅酸二丁基錫（ DBTDI），湖北藍天新材料化工有限公司;黑色粉，;（50 - 1000mPa-s）、二甲基硅油，江西星火有機硅有限公司;親水型氣相白炭黑（LM150），卡博特公司。

1.2 實驗儀器

KXJ-2型行星攪拌機，廣州市浦林日化裝備有限公司;UTM-4104型電子萬能試驗機，深圳三思縱橫科技有限公司;DV-lI型旋轉黏度計，美國Brookfield公司;KX2-5型捏合機，江蘇如皋強盛塑料化工機械廠;拉力計，烤箱。

1.3 試樣制備

A膠的制備：將α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷，增塑劑，活性碳酸鈣，硅微粉，白炭黑按照一定比例投入分散攪拌中，在15-20Hz的攪拌速度下攪拌1-2h，冷卻后測試粘度，包裝成A組分

B膠制備：將自制黑色漿，交聯(lián)劑，偶聯(lián)劑，催化劑按照一定比例加入2L行星攪拌機中，抽真空在20Hz下攪拌1h，待完全分散成均勻觀察無顆粒后，且呈觸變性輕微膏狀物質(zhì)后，可過濾分裝成B組分。

黑色漿的制備：將二甲基硅油加入2L行星中，分批次加入黑色粉，待黑色粉全部分散后加熱，加熱冷卻后過三輥機。

1.4 性能測試及表征

A與B按照10：1的體積比配膠，混合均勻后測試以下性能：

1）表干時間：按照GB/T13477.5-2002標準進行測定。

2）黑度：目測，與廠家提供的黑色鋼化玻璃板做顏色對比測試。

3）粘接測試：用平口螺絲刀撬動界面，判定為界面破壞還是內(nèi)聚破壞。

4）垂直拉力：用工件對低表面能材質(zhì)進行粘接，固化一定時間后施加垂直拉力，得到拉開的最大拉力值。

5）融合性：膠條混合擠出后搭十字架，膠條中間搭接處能夠很好的融合在一起

6）固化時間：使用固化深度槽進行測試，5mm厚度全干不粘手需要的時間。

7）剪切強度：按照GB/T528-2009標準

8）扯斷伸長率：按照GB/T528-2009標準

9）抗拉強度：按照GB/T528-2009標準

2 結果與討論

2.1 不同種類的黑色粉制備成色漿的極限添加量

黑色粉有很多種，分為有機的和無機的，無機主要有的有U炭黑，鐵黑，有機黑色素主要是色素炭黑，其種類則繁多，是由碳氫化合物在高溫裂解下產(chǎn)生的，經(jīng)過不完全燃燒或熱裂解形成的近似球體的膠體粒子的準石墨結構，產(chǎn)品的粒徑、結構、和表面活性根據(jù)原料和生產(chǎn)工藝的不同而有很大差異，色素炭黑不溶于水，有酸堿性之分。不同的種類也有不同的粒徑，雜質(zhì)含量和吸油值，在眾多的黑色粉中帥選出合適的色粉尤為重要。不同的色粉配成B膠后做成的膠固化后需要達到表面黑度高，亮度高，無啞光和偏灰特質(zhì)，且在昏暗光線差的環(huán)境下黑度和亮度對比下依然不會明顯變差。

以下是不同的黑色粉與不同粘度的硅油的極限添加量，也就不同的黑色粉在不同粘度硅油里面的最大添加量，按照最大添加量制備成色漿。

2.2 各種不同色漿對成品膠黑度和亮度的影響

前面之所以研究極限添加量是盡可能在色漿里面提高黑色粉的含量，黑色粉含量越高，最終產(chǎn)品的黑度則越高，而我們使用不同的粘度硅油，而高粘度硅油分子量較大所以遷移性較差，有利益體系的穩(wěn)定性。因此制備了不同種類的黑色漿。使用相同比例的黑色漿加上不同的交聯(lián)劑和偶聯(lián)劑制備出B組分，B與A組分配膠后的黑度如表2所示。

按照性能測試方法第3項目測后觀察上述炭黑的染色能力排序為：黑①>黑②>黑③

使用相同的A組分與使用上述3種黑色漿配成的B組分配成的膠水進行黑度的一個對比，相同添加比例的情況下，得出3種黑色粉的染色能力是有區(qū)別的，3種色粉其中色素炭黑的染色能力最強，普通的N330的染色能力居中，U炭黑的染色能力最差。

2.3 適合低表面能材質(zhì)粘接的偶聯(lián)劑

本文前期擬采用普通的偶聯(lián)劑進行了一系列的配方研究，為了驗證和對比自制的偶聯(lián)劑的粘接效果，實驗發(fā)現(xiàn)，偶聯(lián)劑種類和搭配具有協(xié)同效果，不同的偶聯(lián)劑的搭配可以促進一些難粘接材料的粘接，起到潤濕和腐蝕表面基材的作用，有的偶聯(lián)劑負責腐蝕滲透，有的偶聯(lián)劑負責與表面材質(zhì)發(fā)生反應接枝，同時偶聯(lián)劑還要與膠體發(fā)生交聯(lián)反應。對于低表面能材料其表面能低，難以潤濕，表面活性官能團少，其基材不容易被偶聯(lián)劑活性官能團抓住。

表3中標記含義：o代表部分粘接（部分內(nèi)聚破壞）√代表粘接優(yōu)異（內(nèi)聚破壞）×代表未形成粘接（界面破壞）

常見固體材質(zhì)的表面張力為：聚氟乙烯表面張力為：16-20，固體硅橡膠的表面張力為：22-24，尼龍的表面張力為：33，聚酯的表面張力為：41-44，有機玻璃的表面張力為：41，尼龍66的表面張力為：46，環(huán)氧樹脂的表面張力為：47，上表中四種材質(zhì)的理論表面張力大小排序為：氟碳涂層<固體桂橡膠

每種偶聯(lián)劑中都含有氨基類偶聯(lián)劑，氨基偶聯(lián)劑可以有效的提高體系固化速度，配合其他不同種類的偶聯(lián)劑起到協(xié)同效果。

上表實驗中我們發(fā)現(xiàn)A和D對PPA內(nèi)聚破壞，CD對氟碳涂層內(nèi)聚破壞，D對固體硅橡膠部分內(nèi)聚破壞，ACD對FR-PA內(nèi)聚破壞，D對聚酯環(huán)氧涂層內(nèi)聚破壞。

2.4 從其他方面提高膠體表面黑度和亮度

本文中所敘述的雙組份硅膠A：B體積比為8-12：1范圍比例下均有較高的黑度和亮度及粘接性，其中A組分為白色，B組分為黑色，AB混合后黑色。以下從兩個方面研究協(xié)同解決膠體固化后表面的黑度及亮度。

2.4.1 粉體著色實驗

A組分主要由107+增塑劑+粉體+補強填料組成，其中粉體呈現(xiàn)白色，以下不同粉體制備的A組分與相同的B組分混合后的黑度及亮度都會有所差異。

上表使用不同粉體在A組分相同的添加量與B組分混膠后得到的黑度從高到低排序為a>e>d=c>b，其中硫酸鋇和硅微粉容易被染色，氧化鋁和碳酸鈣及氧化鋅較難被染色，得到的力學性能如上表所示，氧化鋁比較低之外，其他都可以滿足目前的粘接要求。實驗表明通過繼續(xù)優(yōu)化，本體強度可以繼續(xù)上升至2.OMPa以上。

2.4.2 減少表面副反應

表干時間不可太長，否則表面交聯(lián)劑和偶聯(lián)劑容易優(yōu)先跟空氣中的濕氣反應，形成表面的水解層，表面水解層容易產(chǎn)生啞光效果。經(jīng)過試驗交聯(lián)劑的量從3%-15%后得出交聯(lián)劑的量最合適控制在總量的5%-8%比較合適。

3 結語

1）制備高黑亮度的10：1雙組分粘接膠，主要從著色黑色粉，黑色素及粘接偶聯(lián)劑，協(xié)同偶聯(lián)劑，以及填充粉體的著色難易度著手解決。得出色素炭黑的著色能力最好。N330在制備色漿時，極限添加量最大。填充粉體選用白度低一些的硅微粉和硫酸鋇更加容易著色，并且本體強度可以達到粘接膠的要求。

2）對于A：B=10-12：1的比例較懸殊的雙組份對低表面能材料粘接的解決主要依靠B組分中的偶聯(lián)劑進行協(xié)同效果完成，而偶聯(lián)劑的量不允許有很大的添加量。在這種情況下，本文采用自制備的偶聯(lián)劑配合氨基硅烷偶聯(lián)劑792和改性氨基硅烷偶聯(lián)劑1 146協(xié)同進行粘接獲得優(yōu)異的粘接效果，實現(xiàn)100%內(nèi)聚破壞。

3）對于黑亮度的雙組份A：B=10-12：1的比例來說，影響黑亮度的還有其他一些因素，如填充的粉體，選用的交聯(lián)劑的量及活性等。

參考文獻

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作者簡介：鄧偉偉（1982-），女，大學本科，工程師，從事多年有機硅粘接劑及上下游產(chǎn)品的研發(fā)工作。E-mail： 1036440067@qq.com