耐湿热双组分缩合型有机硅灌封胶的研制

郑常华，张震宇，庞文键，王 兵

（广州市白云化工实业有限公司，广东 广州 510540）

耐湿热双组分缩合型有机硅灌封胶的研制

郑常华，张震宇，庞文键，王 兵

（广州市白云化工实业有限公司，广东 广州 510540）

以107胶、硅微粉为主要原料，选择不同类型的交联剂，配以有机锡催化剂，适宜的偶联剂，制成缩合型有机硅双组分灌封胶，测试其在高温高湿条件下，硬度、拉伸强度和断裂伸长率的变化，综合评价灌封胶的耐湿热性能。实验结果显示，当选用自制混合交联剂A且用量为A组分的8%、增塑剂用量小于A组分总量的10%、硅微粉用量为107胶总量的100%时，制备的灌封胶耐湿热性能优良，对材料具有广泛的粘接性，有较大的实际应用价值。

耐湿热；双组分；缩合型；灌封胶；高温高湿

为了提高电子元器件的可靠性、耐久性和使用寿命，一般需对其进行有效的密封以及灌封防护。部分特殊用途的电子元器件，例如室外使用的照明灯具，光伏组件接线盒，长期在阳光充足、潮湿的雨天等环境下工作，需要经受长期冷热及潮湿环境的考验，对电子元器件的密封以及灌封防护提出了更高的要求。有机硅橡胶因具有优异的耐高低温性、耐紫外老化性、材料绝缘性等特点，在建筑、道路、轮船、电子设备中得到了广泛的应用，而普通的有机硅橡胶在湿热环境下性能下降明显，要满足湿热环境下的长期使用需求，需从配方设计上进行优化。本文考查了以107胶为基料，加入硅微粉等粉体，配以适宜的交联剂、偶联剂、有机锡，制备双组分缩合型有机硅灌封胶，并研究了交联剂的种类及用量、增塑剂和粉体用量对其湿热性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原材料

端羟基聚二甲基硅氧烷（107胶），1 500 mPa·s，新安化工；硅微粉，3～4 μm，佛山市金戈粉体有限公司；正硅酸乙酯、硅酸乙酯缩聚物，99%，新亚化工；正硅酸异丙酯，98%，新亚化工；混合交联剂A，自制；二月桂酸二丁基锡，吉林市华信化工有限公司；二甲基硅油（PDMS），100 mPa·s，日本信越化学工业株式会社；氨丙基三乙氧基硅烷、3-（2，3-环氧丙）基三乙氧基硅烷，日本信越化学工业株式会社。

1.2 仪器设备

GDJS-100C高低温交变湿热试验箱，广州标格达实验室仪器用品有限公司；ZKJ-Z型高负荷柜式搅拌机，江阴市双叶机械有限公司；SFJ-400微机控制电子万能材料试验机，上海松顿机械设备有限公司；LX-A橡胶硬度计，上海六菱仪器厂；PC68数显高阻计，上海第三分析仪器厂；LK2674A型耐压测试仪，常州市蓝光电子有限公司。

1.3 有机硅灌封胶的制备

A组分制备：称取100份（质量份，下同）的107胶，70份的硅微粉，4份的白色料，在行星搅拌机中真空搅拌均匀，0.5 h后出料待用。

B组分制备：称取80份交联剂，5份的氨丙基三乙氧基硅氧烷、5份环氧丙基三乙氧基硅烷，0.2份的有机锡催化剂、10份二甲基硅油（PDMS），搅拌均匀。

使用时，按照A组分：B组分质量比10∶1进行混合，混匀真空脱除气泡，灌封样件，于室温下自然固化成型，固化后养护1周，再进行测试。

1.4 性能测试

湿热试验：按照IEC 61215的规定进行，试验温度（85±2）℃，相对湿度（85±5）%，试验时间为1 000 h；

拉伸强度和断裂伸长率：按照GB/T 528—2009方法测试；

变色情况：按照GB 16776—2005附录A测试；

粘接性：按照GB 16776—2005附录D中1.2手拉实验法测试；

邵氏硬度：按照GB/T531.1—2008方法测试；

体积电阻率：按照GB/T 1692—2008方法测试；

击穿电压：按照GB/T 1695—2005方法测定；

黏度：按照GB/T 2794—1995方法测定。

2 结果与讨论

2.1 交联剂种类对灌封胶湿热性能的影响

交联剂的类型对湿热性能的影响见表1。从表1可以看出，以正硅酸乙酯、正硅酸异丙酯、硅酸乙酯缩合物和自制混合交联剂A作为交联剂制备的双组分缩合型有机硅灌封胶，其固化后胶样拉伸强度、断裂伸长率及硬度性能接近，差异不大。但经过双八五(温度85℃，湿度85%）湿热试验后，前3种交联剂得到的胶样强度、硬度、伸长率都出现大幅下降，综合性能下降约30%，部分拉伸强度下降约45%，而自制混合交联剂A制备的胶样在湿热试验后，拉伸强度保持率为83%，断裂伸长率保持率为82%，硬度保持率为87%。这是因为在湿热条件下，四官能基交联剂的湿热性能更为敏感，分解更快，导致灌封胶整体性能下降明显，而自制混合交联剂A对湿热性能更为稳定。因此，在后续试验中，选择自制混合交联剂A来制作灌封胶。

表1 交联剂的类型对湿热性能的影响Tab.1 Influence of crosslinker type on performance of encapsulants under heat and humidity conditions

从图1可见，随着混合交联剂A用量的增加，拉伸强度保持率和硬度保持率都在增加，表明耐湿热性能逐渐变好；交联剂用量持续增加时，拉伸强度保持率逐渐降低，断裂伸长率快速下降，硬度保持率持续增加，表明胶体变脆变硬，胶料的拉伸强度湿热性能在变差。当交联剂用量达到8份时，灌封胶的耐湿热性能最佳。交联剂用量过少或过多，都将导致灌封胶的耐湿热性能下降，这是因为交联剂量少时，交联密度低，107胶反应不完全，游离状态比较多，使最大拉伸强度、硬度湿热性能较差；反之，交联剂量过多时，交联密度太高引起胶体变硬、变脆，且过量的交联剂因不能参与到主链的反应中，只能自身缩合，形成小的高交联密度的网状聚合物，但这种网状结构并不紧密，在高温高湿条件下易断裂，导致胶体的力学性能如拉伸强度、断裂伸长率急剧降低。混合交联剂A用量达到8份时，所制缩合型灌封胶的耐湿热性能最佳。

图1 交联剂用量对湿热性能的影响Fig.1 Influence of crosslinker amount on performance of encapsulants under heat and humidity conditions

2.2 增塑剂用量对灌封胶湿热性能的影响

在灌封胶中加入增塑剂（二甲基硅油），可降低胶液黏度，改善流动性，调整助剂配比，但对灌封胶的耐湿热性能影响较大。如图2所示，拉伸强度保持率、硬度保持率随二甲基硅油用量增加迅速降低，仅有断裂伸长率保持率缓慢增加，表明二甲基硅油用量的增加严重影响了耐湿热性能。二甲基硅油在高温高湿条件下，由于分子的热运动，易渗出和迁移，胶体中间形成分子间隙，使水分子易渗透进入，引起材料内部含湿增高，从而加速了增塑剂以及其他可溶性物质的渗出和迁移，这一湿热条件远大于干热条件下分子热运动造成的破坏，导致灌封胶材料降解变快，湿热性能下降。从图2可知，增塑剂的用量小于总量的10%时，综合性能较佳。

2.3 硅微粉用量对灌封胶湿热性能的影响

硅微粉用量对湿热性的影响见表2。

图2 二甲基硅油（PDMS）用量对湿热性能的影响Fig.2 Influence of PDMS amount on performance of encapsulants under heat and humidity conditions

表2 硅微粉用量对湿热性的影响Tab.2 Influence of silica powder amount on performance of encapsulants under heat and humidity conditions

如表2所示，随着粉体用量的增加，拉伸强度和硬度都在不断增大，表明灌封胶的力学性能增加，具有良好的补强性能；经过湿热老化后，虽然其力学性能都下降，但是湿热保持率变化相对稳定。可见在固定其他配比条件下，粉体含量高的灌封胶，表现出更高的力学性能，湿热老化后，也同样表现出了更好的力学性能，粉体用量越高灌封胶的耐湿热性能越好，但粉体用量过大，体系黏度也越大，流动困难，操作性不佳。

2.4 自制灌封胶性能

选取100份107胶、10份二甲基硅油、100份硅微粉混合制作A组分；选取混合交联剂A 80份、氨丙基三乙氧基5份、3-（2，3-环氧丙）基三乙氧基硅烷5份、二甲基硅油10份、有机锡0.2份制取B组分，按照质量比10：1混合，用于灌封试样，制得的样胶性能如表3所示。

表3 自制灌封胶的主要性能参数Tab.3 Main performance parameters of self-prepared encapsulant

3 结论

选用自制混合交联剂A且用量为A组分8%、增塑剂用量小于A组分总量的10%、硅微粉用量为107胶总量的100%，制备的灌封胶力学性能、电性能都满足使用要求，对多种材料具有粘接性，湿热后性能保持率都在80%以上，表现出良好的湿热性能，可以有效保护电子元器件抵抗湿热环境的影响，提高电子元件的使用寿命。

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Preparation of two-component condensation type silicone encapsulant with resistance to heat and humidity

ZHENG Chang-hua, ZHANG Zhen-yu, PANG Wen-jian, WANG Bing
(Guangzhou Baiyun Chemical Industry Co.,Ltd., Guangzhou, Guangdong 510540, China)

The two-component condensation type silicone encapsulant was prepared using hydroxyl terminated polydimethylsiloxane(107 glue) and silica powder as the main raw materials, organotin catalyst, coupling agent and different type of crosslinkers. The changes of hardness, tensile strength and elongation at break of the encapsulant at high temperature and humidity were determined to evaluate the resistance to heat and humidity of encapsulant. The results showed that when the self-made mixed crosslinking agent A amount was 8% of A weight, plasticizer amount was less than 10 % of component A weight and the silica powder amount was 100% of 107 glue weight, the encapsulant exhibited good resistance to heat and humidity and extensive adhesion to materials, showing a great pratical value.

resistance to heat and humidity; two-component; condensation type; silicone encapsulant; high temperature and humidity

TQ433.4+38

A

1001-5922（2017）04-0043-04

2016-11-03

郑常华（1977-），男，工程师，专职从事硅橡胶产品研发工作。E-mail：13710649026@163.com。