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LED显示屏用有机硅灌封胶的研制

返回列表 浏览:2737 发布日期:2017年7月7日【

佳恒光电公司制备了一种LED显示屏用有机硅灌封胶。研究不同粉体对胶黏附性、抗沉淀性的影响,不同厂家生产的3号白油及其含量对耐低温性的影响,不同偶联剂对深层固化的影响。配方优化后制备的胶深层固化好,不粘灯,放置3个月粉体不沉淀,在-30℃下固化后的胶体表面无油渗出。

引言

有机硅灌封胶因具有良好的耐高低温、耐候、耐腐蚀与电气性能,广泛应用于电子电器的密封和封装领域[1]。单组分缩合型硅胶流动性差,因此,目前LED显示屏模块或灯条的灌封普遍采用双组份缩合型硅胶。但缩合型灌封胶在放置过程中易分层,施胶过程中如碰到LED灯珠会粘附在其上,固化后在北方很寒地区会出现胶表面渗油、深层固化差等现象。作者针对以上4个问题进行了研究,通过对粉体的选择解决了粘灯及沉淀问题,通过对中性油含量、厂家的研究,改善产品低温冒油现象。配方优化后制备的胶深层固化好,不粘灯,放置3个月粉体不沉淀,在-30℃下胶体表面无油析出。

实验部分

原材料使用的原材料包括:α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷(107胶),中国蓝星;中性油,各厂家;硅微粉;沉淀白炭黑;二甲基硅油(黏度100mPa·s);甲基三丁酮肟基硅烷;乙烯基三丁酮肟基硅烷;二月桂酸二丁基锡;N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷;正硅酸乙酯。

(1)A组分:将107胶、硅微粉、沉淀白炭黑添加到反应釜里,高速搅拌均匀,冷却过三辊研磨机,按照比例添加中性油以及助剂、炭黑。搅拌均匀出料将其冷却至常温。

(2)B组分:按照其设计比例,将交联剂、偶联剂、催化剂以及所需物料添加到反应釜,真空搅拌,分散均匀,出料。

性能测试

黏度测试

按照国家标准GB/T2794-2013《胶黏剂黏度的测定单圆筒旋转黏度计法》,选用BrookField黏度计,25℃测试。

初固时间

将冷却至常温的A组分取100g备用,取B组分50g,按mA∶mB=10∶1的比例混合均匀,在(23±2)℃下放置固化,测试胶液表面不黏手的时间为初固时间。

硬度

按照GB/T531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分:邵氏硬度计法(邵氏硬度)》进行测试,在试验条件下固化24~25h后,测得的ShoreA的数值为产品的硬度。

结果和讨论

冷冻环境下渗油现象的优化研究

LED模组灯距窄,很多在3~10mm之间,因此对灌封胶的黏度要求比较高,一般控制在1000mPa·s左右,为此配方中需要加入惰性油如白油、硅油等降低黏度,但其不参与体系反应,因此需要与体系相容性好,避免固化后游离出体系。体系中的惰性油饱和值随着温度的降低而下降,北方冬季温度常在-30~-20℃,灌封后的LED模组表面会慢慢地渗出油状物,经试验验证渗出的油状物为3号白油,严重影响了产品品质。鉴于此,作者对产品中应用的3号白油进行了研究,选取不同供应商生产的3号白油,并研究不同添加量对胶性能的影响。实验过程中选择了茂名石化、山东飞天、韩国SK进口3号白油进行研究,配方中加入比例分别为40%、45%、50%、55%、60%、65%。将固化5h后的产品在-30℃下密封冷冻30天,测试其渗油情况。冷冻后的渗油效果如表1所示。

表1 不同厂家不同应用比例的3 号白油对有机硅灌封胶性能的影响
  3 号白油的比例
40% 45% 50% 55% 60% 65%
茂名石化 轻微渗油 渗油 渗油厉害
山东飞天 较多渗油 渗油厉害 渗油厉害 渗油厉害
韩国SK     轻微渗油

 

采用不同供应商提供的3号白油,按照梯度使用比例进行对比,结果显示:韩国SK的3号白油加入量为65%时在冷冻环境下才出现轻微渗油,茂名石化3号白油加入量为50%时即出现冒油;而山东飞天3号白油加入量为40%时已冒油,且韩国SK的3号白油批次间稳定性好,因此决定使用韩国SK3号白油,综合其他性能添加量确定为45%。

粘灯珠以及抗沉淀性能综合研究

灌封胶配方中引入粉料对产品进行补强。碳酸钙和硅微粉作为填料,是有机硅密封胶的主要填充物,可起到填充、补强、降低生产成本等作用。对产品中粉料进行了研究,固定配方中黏度为5000mPa·s的107胶50份,黏度为100mPa·s的甲基硅油10份,SK3号白油的添加量为45份,分别选择了轻质碳酸钙,信阳核工业生产的牌号为A-1、A-2的硅微粉,广州杰灵生产的牌号为B-1、B-2、B-3的硅微粉进行实验,研究粉料对其黏度、抗沉淀、粘灯珠、固化效果等方面的影响,结果如表2所示。

表2 不同粉料对灌封胶性能的影响
  碳酸钙 A-1 硅微粉 A-2 硅微粉 B-1 硅微粉 B-2 硅微粉 B-3 硅微粉
粒径/目   1200 2000 800 1200 2500
黏度变化 增粘 不变 不变 不变 不变 不变
抗沉淀效果 沉淀严重 效果好 效果好 轻微沉淀 效果好 效果好
初固时间 正常 正常 正常 正常 正常 正常
硬度Shore A HS15  HS18 HS14 HS14 HS12 HS13
粘灯效果 粘灯 不粘灯 轻微粘灯 不粘灯 不粘灯 轻微粘灯

 

上述实验证明,不同粉料对其产品性能有着较大的影响。使用轻质碳酸钙作为补强剂,产品放置一段时间后出现增稠且沉淀严重,且在使用过程中出现粘灯现象,即胶浆附着于LED灯珠上无法自行流下,分析原因可能是轻质碳酸钙生产过程中使用的处理剂对产品的较终性能有影响;从试验结果可知,使用硅微粉相对碳酸钙加入灌封胶中,其稳定性更好,因此硅微粉作为补强填料的优选。通过几种硅微粉的对比试验发现,硅微粉的粒径对产品的抗沉淀性能有着较大影响。当硅微粉的粒径在2000~2500目时,粒径较小,二次粒子团聚严重,因而在产品中出现分散困难、外观不光亮、轻微粘灯等现象;硅微粉的粒径在800目左右时,由于粒径大易于分散,但粉体在重力作用下沉降快;实验证明:粉体的粒径在1200目左右时,其抗沉淀效果、粘灯情况、固化效果综合效果较优,即可选用A-1和B-2两种硅微粉。但A-1做出的胶固化后硬度偏高,因此较终选择B-2硅微粉。

深层固化的研究

有机硅灌封胶要求产品深层固化好。硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物,它很易水解而形成硅醇键。通过使用硅烷偶联剂,可在无机物质和有机物质的界面之间形成“摇爪”结构,从而起到增加材料黏接强度的作用;偶联剂还有助催化的作用,在基体胶里面添加一定比例的偶联剂,对产品的深层固化效果起到不同程度的促进作用,偶联剂种类不同,其深层固化效果也有比较明显的差异。作者采用基本配方中黏度为5000mPa·s107胶50份,黏度为100mPa·s的甲基硅油10份,SK3号白油的添加量为45份,硅微粉B-2添加量为10份进行了试验,选择了KH-792、KH-550、KH-560、KH-570四种偶联剂进行对比,其配比试验的深层固化效果如表3所示。

表3 不同种类的偶联剂对胶深层固化的影响
分量 偶联剂
KH-550 KH-560 KH-570 KH-792
0. 05% 1 ~ 2 cm 不明显 不明显 1 ~ 3 cm
1‰ 2 ~ 3 cm 不明显 不明显 5 ~ 7 cm
5‰ 3 ~ 5 cm 1 ~ 2 cm 1 cm 左右 固化速度偏快

 

实验结果表明:其他组分一致的情况下,随着偶联剂含量的增大,分子之间有效碰撞的概率增大,深层固化速率加快;KH-550和KH-792对配方体系深层固化的作用明显优于KH-560、KH-570。研究证明氨基类偶联剂助催化作用较好,而双氨基的KH-792比单氨基的KH-550助催化作用更强,对深层固化影响更大。通过对配方深层固化情况以及固化速度的影响综合考虑,选择KH-792作为深层固化剂应用于配方中,其比例为1‰比较符合使用要求,同时也满足了深层固化效果。

结论

通过对白油、粉体、偶联剂的研究,经一系列配方优化后制备的灌封胶深层固化好,不粘灯,放置3个月粉体不沉淀,在-30℃下胶体表面无渗油现象。

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