高端LED全彩显示屏用双组分缩合型有机硅灌封胶的研制

摘要:以a, 0一二羟基聚二甲基硅氧烷为基胶，配合沉淀白炭黑、电子级硅微粉、增塑剂、交联剂、偶联剂和自制增粘剂等，制得LED全彩显示屏用双组分缩合型有机硅灌封胶。研究了A、B组分质量比、增塑剂用量对灌封胶性能的影响;探讨了自制增粘剂用量对灌封胶粘接性能的影响;同时对灌封胶耐热老化性能进行了研究。结果表明，随着B: A质量比增大，灌封胶的线性收缩率也变大;随着甲基硅油添加量增加，胶料混合后的黏度和硬度不断减小;当自制增粘剂添加量为5.7%时，灌封胶拉伸剪切强度较大，可达0.32 MPa;耐热老化性能研究表明，150 C热老化1 000 h后，硬度增幅为7度，粘接性能良好。

有机硅因其优于大多数材料的耐高低温性，成为电子装配领域常用的灌封材料，可以起到防潮、防腐蚀、防震、防尘的作用，提高电子元器件使用性能和稳定参数”，2。现有的双组分灌封硅胶交联的方式有加成和缩合2种。加成型通过硅氢与乙烯基硅油的反应形成C-C键使体系固化，缩合型通常使用有机锡类催化剂，通过硅氧键与羟基缩合，或硅氧键水解后缩合，形成Si-0键使体系固化。碳-碳键能低于硅-氧键，因此加成型产品相对较易出现氧化，耐黄变性较差，长期使用光效的稳定难以保证3，;传统的双组分缩合型灌封胶粘接性能差，易与基材分离产生脱落，影响灌封的防水防尘效果。因此，本实验主要从收缩率和粘接性2方面着手，制得LED全彩显示屏用双组分灌封胶。

1实验部分

1.1主要原材料及设备

a，一二羟基聚二甲基硅氧烷(107硅橡胶)，黏度5 000 mPa. s，中国蓝星;电子级硅微粉900Y，广州市杰灵控制工程有限公司;沉淀法白炭黑，东莞市华品丰实业投资有限公司;甲基硅油，黏度1 000 mPa.s,纳新塑化(上海)有限公司;正硅酸乙酯、偶联剂、二丁基二月桂酸锡，湖北新蓝天新材料股份有限公司。 脱泡搅拌机(ZYMC-180)，深圳市中毅科技有限公司;真空捏合机(KXJ)，无锡科越化工机械厂;三辊研磨机(J65)，常州自力化工机械有限公司。

1.2 增粘剂的制备

将四甲基环四硅氧烷、烯丙基缩水甘油酯和乙烯基三甲氧基硅烷按100: 30: 40质量比称取，投进带调速搅拌、温度计、回流冷凝管的四口玻璃反应瓶中，搅拌使液体混合均匀，在室温25 C反应0.5 h,升温到80 C时，滴加0. 2质量份的有机锡，反应2 h,混合物减压蒸馏得淡黄色油状黏稠的增粘剂"5，61 。

1.3双组分缩合型有机硅灌封胶的配制(1) A组分的制备

常温下按实验配比称取一-定量的107胶、硅微粉、沉淀白炭黑添加到反应釜里，高速搅拌均匀，冷却后过三辊研磨机，按比例添加助剂和颜料，搅拌均匀出料，冷却至常温，即可制得A组分。”

(2) B组分的制备

按照配方比例，将交联剂、偶联剂、催化剂、增粘剂、硅油以及所需物料添加到反应釜，真空搅拌，分散均匀，出料，即可制得B组分。

1.4 试样制备

将A、B组分按一定的质量比在脱泡搅拌机内混合均匀，然后倒入预置的模具中室温固化24 h,较后将固化试片从模具中取出进 行各项性能测试。

1.5性能测试

黏度:按GB/T 2794- 20 13测试;拉伸强度:按GB/T 528-2009测试;硬度:按GB/T 531. 1一2008测试; 线性收缩率:参照GB /T 13541-1992中收缩率的方法，线性收缩率按式(1)计算;

式中:δ为线性收缩率，%;D为固化前胶层厚度，mm; D为标准条件下放置24 h后胶层厚度， mm。 热空气加速老化试验 按GB/T7141- 2008中的方法A进行试验，试验温度为150℃。

2结果与讨论 2.1线性收缩率 考查A、B组分质量比对灌封胶线性收缩率的影响，结果见图1。

交联剂为正硅酸乙酯:甲基三丁酮肟基硅烷:氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷质量比10: 1: 0.1的混合液体，其中正硅酸乙酯为主体交联剂，甲基三丁酮肟基硅烷为辅助交联剂，可改善表干，氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷为固化促进剂，可提高固化速度，同时也是偶联剂，可提高粘接强度。由图1可知，随着B组分比例的增加，灌封胶线性收缩率不断增大，同时B组分比例增加会导致灌封胶可操作时间变短，硬度增加。这是由于交联剂用量增加，体系交联密度增大，导致硬度增加和线性收缩率的增大;同时催化剂用量增加，降低了体系反应活化能，使得可操作时间变短。

因此A: B较佳质量比为100: 8~100 :10。

2.2胶料混合黏度和邵氏硬度

在其他组分不变的前提下，考查了甲基硅油添加量对灌封胶硬度和胶料混合后黏度的影响，结果见图2、图3。

由图2、图3可以看出，随着甲基硅油添加量的增加，灌封胶的硬度和胶料混合黏度不断降低。这是由于甲基硅油在配方体系中起2个作用: 1)稀释剂，在不增大交联剂、催化剂配比前提下，增大硫化剂的表观质量，同时又可降低胶料黏度，有利于施工; 2)增塑剂，甲基硅油是以Si-0-Si为主链，甲基为侧链的线型有机硅聚合物，可使硅橡胶分子链容易滑动从而降低灌封胶的硬度。

综合考虑，甲基硅油的较佳添加量为30~40份。

2.3粘接性能

将增粘剂直接与交联剂、甲基硅油和有机锡催化剂按一定比例混合，用高速分散机充分搅拌制得B组分，将胶料混合均匀后进行试验。在其他组分不变的前提下，考查了增粘剂添加量对灌封胶粘接性能的影响，结果见图4。

由图4可知，粘接强度随增粘剂添加量增加而先增加后变化不大。由于增粘剂含有环氧基团和硅氧烷基团，可与基材表面的羟基形成化学键，提高灌封胶的粘接强度。当增粘剂添加量达5.7份时，拉伸剪切强度较大，之后变化不大，这是由于增粘剂形成一个粘接界面薄层分子层时粘接强度较大，过量的环氧基团未反应在体系中起稀释作用反而影响粘接力。

2.4耐热性能的研究 将LED灯珠封装好后，灯珠发光会散发出大量的热量。为此设计了150℃热烘烤试验，模拟LED灌封胶在实际应用中的耐热性能。 图5是150C热老化时间对封装胶硬度的影响。

由表1可见，随热老化时间递增，灌封胶并没有出现与塑壳分离脱落现象，说明灌封胶在高温下仍保持良好的粘接性。

3结论

(1)随B: A组分质量比增大，灌封胶的线性收缩率也不断变大，A: B较佳质量比为100: 10;

(2) 随着甲基硅油添加量增加，胶料混合后的黏度和硬度不断减小，甲基硅油较佳添加量为40份;

(3)当自制增粘剂添加量为5.7 %时，灌封胶拉伸剪切强度较大，达0. 32 MPa;

(4) 150 C热老化1 000 h后，硬度增幅为7度，粘接性能良好，未出现胶与塑壳分离

由图5可见，灌封胶的硬度随热老化时间增加而缓慢增大，当热老化时间大于800 h后硬度趋于稳定，硬度从初始的15度升到22度，说明热老化时间对灌封胶的硬度影响很小。这是由于Si-0键键能较高，单纯的热运动难以使Si-0均裂;出现硬度增幅是由于早期可交联基团没有完全发生反应，随着加热时间增加，体系中的反应水被蒸出，促进硅烷与水的交联反应，残留的可交联基团发生缓慢的缩合反应，导致107胶发生进一步交联，使硬度上升。 脱落现象，表明灌封胶具有良好的耐热老化性能。