汽车电子排线固定UV胶的配方研究

刘海涛，陈建生，薛纪东

(广州机械科学研究院有限公司胶业研究所，广东 广州 510700)

0 引言

紫外光固化胶是近些年飞速发展的紫外光固化材料中的一个重要分支，紫外光固化胶符合“5E”原则，即经济(Economy)、节能(Energy)、环保(Ecology)、高效(Efficiency)、多能(Enabling)。具体表现在:单组分，使用方便，浪费少;固化速度快，一般几秒到数十秒即可完全固化，可在高速生产线上使用，利于自动化生产，极大地提高了生产效率;室温或低温即可固化，可用于不能加热固化的基材;节省能源，UV固化所消耗的能量与热固化树脂相比可节约能耗90%;固化设备简单，占地面积小，节约成本;采用低挥发性单体和齐聚物，不使用溶剂，故基本上无大气污染，也没有废水污染问题［1－5］。

汽车电子排线固定密封一般采用紫外光固化胶，它同样利用了紫外光固化胶固化速度快、粘接强度高、韧性好、耐湿热老化、耐潮气、使用寿命长等特点，被批量用于汽车电子排线两端线头的固定与密封。作者主要从紫外光固化胶的各组分对汽车电子排线粘接力的影响出发，讨论汽车电子排线胶的配方设计。

1 实验方法

紫外光固化胶的粘接力主要与紫外光固化胶的配方、被粘材质、表面处理方法等有关，其中最重要的是紫外光固化胶的配方设计。作者从紫外光固化胶的各组分对粘接力的影响出发，讨论汽车电子排线胶的配方设计。测试方法有:GB/T 2791-1995《胶粘剂T型剥离强度试验方法》、GB/T 2790-1995《胶粘剂180°剥离强度试验方法》、GB/T 7124-2008《胶粘剂拉伸剪切强度的测定》。由于PC是汽车电子排线的主要被粘材料，因此作者重点测试了UV胶对PC的粘接强度。

测试设备为SafQ-H10KL 10kN台式万能材料试验机，测试样件状态调节参照GB 2918《塑料试样状态调节和试验的标准环境》，即温度保持在(23±2)℃，相对湿度保持在45% ～55%。

2 稀释单体对粘接力的影响

稀释单体种类对粘接力影响较大，除了体积收缩率的影响外，还有单体结构和物性的影响。因此，作者选取了不同类型的单体，测试其粘接力，分析单体的选取原则。试验条件:PC粘PC，T型剥离强度测试，同时测试胶粘剂的体积收缩率。胶粘剂组成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，单体30份，γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，1－羟基环己基苯基甲酮3份，纳米二氧化硅2份。固化条件:400 W金属卤素灯(主波长365 nm)，光强60 mW/cm2，光固化10 s。结果见表1。

表1 不同稀释单体对粘接力和体积收缩率的影响

从表1可以看出:四氢呋喃丙烯酸酯和丙烯酸异冰片酯的粘接力较高，二种稀释单体都是单官能团单体，而且都含有体积较大的侧基，因此体积收缩率都很低。其中四氢呋喃丙烯酸酯对大部分塑料(包括PC)具有较强的溶胀能力，对增加粘接力有很大的帮助，很适合用于塑料的粘接。因此以后的配方，主要选取四氢呋喃丙烯酸酯作为紫外光固化胶的主要单体成分。

3 偶联剂对粘接力的影响

要想大幅度提高胶粘剂的粘接力，一种比较通用的方法是添加偶联剂，它在硅胶和聚氨酯胶粘剂中广泛使用，紫外光固化胶里一般也会添加偶联剂，因此作者分析偶联剂的选取原则。试验条件:PC粘PC，T型剥离强度测试。胶粘剂组成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氢呋喃丙烯酸酯30份，偶联剂1份，1－羟基环己基苯基甲酮3份，纳米二氧化硅2份。固化条件:400 W金属卤素灯(主波长365 nm)，光强60 mW/cm2，光固化10 s。结果见表2。

表2 偶联剂对粘接力的影响

从表2可以看出:γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷和γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷对附着力的贡献比较大，其中γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷的环氧基与PC的亲和力较好，因此大幅提高剥离强度，而γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的双键可以参与UV胶的固化反应，也较大程度地提高了剥离强度。从实验结果出发，作者选择γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷为UV胶的偶联剂。

4 偶联剂用量对粘接力的影响

偶联剂用量对粘接力的影响比较大，用量太小，不能够完全润湿覆盖整个被粘接面，用量太大的时候，界面含有太多偶联剂，偶联剂与水气缩合反应，反而降低了粘接强度，因此要找到一个最佳的偶联剂用量。试验条件:PC粘PC，T型剥离强度测试。胶粘剂组成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氢呋喃丙烯酸酯30份，偶联剂为γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷，1－羟基环己基苯基甲酮3份，纳米二氧化硅2份。固化条件:400 W金属卤素灯(主波长365 nm)，光强60 mW/cm2，光固化10 s。结果见表3，可以看出:最佳的偶联剂用量是1.5%，其次是1.0%，两者的剥离强度相差不是很大，而偶联剂的成本较高，因此，选取偶联剂的用量为1.0%。

表3 偶联剂用量对粘接力的影响

5 触变剂对粘接力的影响

触变剂一方面用来调节粘度，另一方面起到补强的作用，因此，触变剂的品种对粘接力的影响也比较大，这里作者选取了4种不同的填料，分别为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、硅灰粉、钛白粉，分析它们对粘接力的影响。试验条件:PC粘PC，T型剥离强度测试。胶粘剂组成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氢呋喃丙烯酸酯30份，γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，1－羟基环己基苯基甲酮3份，触变剂(填料)2份。固化条件:400 W金属卤素灯(主波长 365 nm)，光强 60 mW/cm2，光固化10 s，结果见表4。可以看到:钛白粉的粘接力很差，主要原因是钛白粉严重吸收紫外光，导致固化极不完全，粘接力很低;硅灰粉颗粒较大，阻止紫外光深层固化，粘接力也不大;纳米碳酸钙容易吸湿，会影响UV胶的长期稳定性，所以也不适宜;纳米二氧化硅的粘接力最好，同时还可以起到增粘的作用。因此，作者选择纳米二氧化硅为UV胶的触变剂。

表4 触变剂种类对粘接力的影响

6 触变剂用量对粘接力的影响

二氧化硅的主要作用是增加触变性，但是其用量大小对粘接力有一定的影响。二氧化硅一方面提高胶的本体强度，增大粘接力;另一方面增加胶的刚性，导致粘接力下降。表5是二氧化硅用量对粘接力的影响，试验条件:PC粘PC，T型剥离强度测试。胶粘剂组成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氢呋喃丙烯酸酯30份，γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，1－羟基环己基苯基甲酮3份，触变剂为纳米二氧化硅。固化条件:400 W金属卤素灯(主波长365 nm)，光强60 mW/cm2，光固化10 s。从中得出:二氧化硅用量为1.5% ～2.5%比较合适，这里选取的二氧化硅用量为2份。

表5 纳米二氧化硅用量对粘接力的影响

7 光引发剂用量对粘接力的影响

光引发剂对紫外光固化胶的性能影响十分明显:一方面，光引发剂的品种要和紫外光源相匹配;另一方面，光引发剂的用量对固化性能和固化深度也有很大的影响。1－羟基环己基苯基甲酮是最通用的光引发剂，其吸收波长与市面上流行的主发射波长365 nm的紫外光源相匹配，同时它具有引发活性高、不易产生黄变、热稳定性好等优点。因此，作者研制的UV胶也选择1－羟基环己基苯基甲酮作为光引发剂。光引发剂浓度直接影响临界曝光量E0和透射深度Dp［6］。所以，作者研究了光引发剂用量对粘接力的影响，试验条件:PC粘PC，T型剥离强度测试。胶粘剂组成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氢呋喃丙烯酸酯30份，γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，光引发剂为1－羟基环己基苯基甲酮，纳米二氧化硅2份。固化条件:400 W金属卤素灯(主波长365 nm)，光强60 mW/cm2，光固化10 s。实验结果见表6，从中可以知道:最佳光引发剂用量为3份。引发剂用量少，固化不充分，粘接力不够;引发剂用量大，导致残留引发剂多，耐久性差，同时也降低粘接力。

表6 光引发剂用量对粘接力的影响

8 结论

根据以上实验结果，作者得到最佳粘接力效果的紫外光固化胶配方如下:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氢呋喃丙烯酸酯30份，γ－缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，1－羟基环己基苯基甲酮3份，纳米二氧化硅2份。此配方对PC基材的汽车电子排线的粘接力最好。

【1】吴健伟，赵玉宇，赵汉青，等．UV－固化胶黏剂收缩率的研究［J］．化学与黏合，2005，27(2):96 －100．

【2】陈用烈，曾兆华，杨建文．辐射固化材料及应用［M］．北京:化学工业出版社，2003．

【3】BOB G．Bonding Glass and Other Substrates with UV Curing Adhesives［J］．Inter J Adhesion ＆ Adhesives，2002，22:405 －408．

【4】NORIO Murata，SHIRO Nishi，SHIGERU Hosono．UV-Curable Transparent Adhesives for Fabricating Precision Optical Components［J］．J Adhesion，1996，59:39 －50．

【5】赵玉宇，吴健伟，于昕，等．紫外光(UV)固化胶黏剂收缩率与强度的研究［J］．化学与黏合，2008，30(3):24－27．

【6】刘海涛，陈建生，薛纪东．UV固化胶辐射能量与固化深度的关系［J］．粘接，2012，33(2):58－60．