高端LED全彩显示屏用双组分缩合型有机硅灌封胶的研制

毛建晖，刘海涛，欧 静

（1.广州机械科学研究院有限公司，广东 广州 510700；2.国家橡塑密封工程技术研究中心；广东 广州 510530）

高端LED全彩显示屏用双组分缩合型有机硅灌封胶的研制

毛建晖1，2，刘海涛1，2，欧 静1，2

（1.广州机械科学研究院有限公司，广东 广州 510700；2.国家橡塑密封工程技术研究中心；广东 广州 510530）

以α,ω－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最大，可达0.32 MPa；耐热老化性能研究表明，150 ℃热老化1 000 h后，硬度增幅为7度，粘接性能良好。

LED显示屏；灌封胶；低收缩率；粘接性能；热老化

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[1，2]。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-O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[3，4]；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

α，ω－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 ℃反应0.5 h，升温到80 ℃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[5，6]。

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，最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—2013测试；

拉伸强度：按GB/T 528—2009测试；

硬度：按GB/T 531.1—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；D1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/T 7141—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。

图1 B∶A组分质量比对灌封胶线性收缩率的影响Fig.1 Effect of component weight ratio of B∶A on linear shrinkage of potting

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最佳质量比为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。

图2 甲基硅油添加量对灌封胶硬度的影响Fig.2 Effect of methyl silicone oil amount on hardness of potting

图3 甲基硅油添加量对胶料混合黏度的影响Fig.3 Effect of methyl silicone oil amount on viscosity of silicone potting

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-O-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，甲基硅油的最佳添加量为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，拉伸剪切强度最大，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最大，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。

图4 增粘剂添加量对灌封胶粘接强度的影响Fig.4 Effect of tackifier amount on bonding strength of potting

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150 ℃热老化时间对封装胶硬度的影响。

图5 热老化时间对灌封胶硬度的影响Fig.5 Effect of thermal aging time on hardness of potting

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-O键键能较高，单纯的热运动难以使Si-O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。

表1 150 ℃热老化时间对灌封胶粘接效果的影响。Tab.1 Effect of thermal aging time at 150℃ on bonding results of potting

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最佳质量比为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，甲基硅油最佳添加量为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最大，达0.32 MPa；

（4）150 ℃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脱落现象，表明灌封胶具有良好的耐热老化性能。

[1]幸松民,王一璐.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京:化学工业出版社,2000.14-618.

[2]熊婷,袁素兰,王有治,等.LED 光电显示器件用双组分有机硅灌封胶的研制[J].有机硅材料,2011,25(2):94-97.

[3]叶文波,汤胜山.高折射率、长寿命LED灌封胶的制备及性能[J].有机硅材料,2015,29(2):96-100.

[4]董晓娜,谌开红,陈衍华,等.双组分缩合型有机硅电子灌封胶的制备及其导热阻性能研究[J].化工新型材料,2015,43(4):4.

[5]陈正旺,陈芳.一种增粘剂及其生产方法[P].中国:102775611,2012-11-14.

[6]黄志彬.导热透明有机硅灌封胶的制备与性能研究[D].广州:华南理工大学,2013.

Preparation of two-part silicone potting for LED full color display

MAO Jian-hui1,2, LIU Hai-tao1,2, OU Jing1,2
(1.Guangzhou Mechanical Engineering Research Institute Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510700, China; 2.National Engineering Research Center of Rubber and Plastic Sealing, Guangzhou, Guangdong 510530, China)

The two-part silicone potting material designed for potting on LED full color display, was prepared with α,ω-dihydroxy polydimethylsiloxane as the basic resin and other processing aids such as precipitated silica, electronic grade silica powder, plasticizer, cross-linker, silane coupling agent and self-made tackifier, etc. The influences of the component weight ratio of B/A and plasticizer amount on the properties of silicone potting were investigated. A tackifier was prepared with 2,4,6,8-Tetramethylcyclotetrasiloxane, allyl glycidyl ether and ethenyltrimethoxysilan. The influence of tackifier amount on bonding strength of silicone potting was discussed. The thermal aging of the potting was investigated. The results showed that the shrinkage of potting increased as the ratio of B/A increased; the viscosity and hardness of the potting decreased as the methyl silicone oil increased. When the addition amount of self-made tackifier was 5.7 phr, the tensile strength of potting could reach 0.32 MPa. The results of thermal aging test showed that after thermal aging for 1000 hours，the hardness increased 7 degrees of Shore A, and the potting still hold a good bonding performance.

LED display; silicone potting; low shrinkage; bonding performance; thermal aging

TQ437+.6

A

1001-5922（2017）07-0043-04

2017-03-01

毛建晖（1992-），男，助理工程师，主要从事弹性密封胶的研究开发工作。E-mail：472184109@qq.com。