耐高温高湿灯具用有机硅胶粘剂性能的研究

阳习春，张震宇，陈何国，陈思斌，王 兵，谭月敏

（广州市白云化工实业有限公司，广东 广州 510540）

近十多年来，灯具[1，2]行业发展迅速，各种功能不同的产品不断涌现，对涉及的相关材料也提出了更高的要求。

胶粘剂作为灯具行业中不可或缺的材料之一，同样也要适应产业链下游市场提出的越来越高的技术要求。灯具用胶粘剂除了常规的粘接性能、导热性能、绝缘性能和耐高低温性能等要求外，由于现在应用环境的变化，也要求灯具用胶粘剂同时兼具耐高温高湿的性能。

有机硅胶粘剂[3～7]具有优异的耐高低温、耐老化、介电性能和低腐蚀等性能，通过添加偶联剂，可实现对大多数材料的良好粘接。目前市面上有机硅胶粘剂主要有脱酮肟型、脱醇型、脱醋酸型、脱丙酮型和脱酰氨型等类型，而出于环保方面的要求，适用于灯具行业的主要为脱醇型有机硅胶粘剂，应用在灯壳粘接、灯条固定和电子元器件粘接密封等方面。

但是，现有的脱醇型有机硅胶粘剂在灯具粘接密封应用中，大部分产品在高温高湿条件下都会出现黄变、强度大幅下降甚至粉化、脆化以及电性能下降等缺点。因此，针对不断变化的应用环境及客户要求，研发出一种具有耐高温高湿的灯具用有机硅胶粘剂极为必要。

1 实验部分

1.1 主要原料

α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107胶，黏度为20 000 mPa·s），工业级，道康宁（张家港）投资有限公司；甲基三甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷（羟基清除剂），工业级，济南宏嘉化工有限公司；氧化铝，工业级，郑州市三禾新材料有限公司；超细纳米活性碳酸钙，工业级，广西华纳新材料有限公司；2,2'-亚甲基双（4,6-二叔丁基苯基）异辛烷氧基亚磷酸酯（抗黄变剂）、有机钛催化剂（钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、钛酸四叔丁酯复合物），工业级，广州鑫冠化工科技有限公司。

1.2 仪器及设备

NHZ-2000L型捏合机，佛山市金银河机械设备有限公司；XJB-2000L型行星搅拌机，佛山市金银河机械设备有限公司；WDW-1型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；LK-7142型耐压测试仪，常州市蓝光电子有限公司；CTC256型环境测试箱，美墨尔特（上海）贸易有限公司。

1.3 胶粘剂的制备

将107胶、碳酸钙和氧化铝等按一定比例共混，120 ℃捏合3 h，冷却至室温，制得基料；将六甲基二硅氮烷、2,2'-亚甲基双（4,6-二叔丁基苯基）异辛烷氧基亚磷酸酯加入上述制得的基料中，混合均匀；再加入甲基三甲氧基硅烷、有机钛催化剂，真空混合均匀，即得有机硅胶粘剂。

1.4 性能测试

（1）介电强度：按照GB/T 1695—2005《硫化橡胶工频击穿强度耐电压测定方法》标准，采用耐压测试仪进行测试（25 ℃、50%RH固 化7 d后或85 ℃、85%RH放置7 d后）。

（2）拉伸强度、断裂伸长率：按照GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》标准，采用微机控制电子万能材料试验机进行测试（25 ℃、50%RH固化7 d后或85 ℃、85%RH放置7 d后）。

（3）黄变：采用目测方法进行观察。

2 结果与讨论

2.1 填料比例对密封胶耐候性能的影响

表1为填料m（碳酸钙）∶m（氧化铝）=2∶1、1∶1和1∶2 这3种不同比例配制密封胶的主要机械性能和电性能耐候处理前后的对比数据。由表1可知：当m（碳酸钙）∶m（氧化铝）=2∶1时，常态下的拉伸强度、断裂伸长率和介电强度等性能相对最佳。因超细纳米碳酸钙具有较高的表面能，碳酸钙分子间以及碳酸钙与密封胶配方体系内其他分子间存在较强的作用力，因而具有较好的拉伸强度及断裂伸长率。同时，碳酸钙含量较高时，具有更好的介电强度。

85 ℃、85%RH环境测试结果表明，耐候测试后的密封胶颜色变得深黄。只是当氧化铝含量较高时，密封胶耐候测试后的各种性能保持率较高。由于氧化铝热导率大于碳酸钙，因而，氧化铝含量较高时，各种性能保持率较好。当m（碳酸钙）∶m（氧化铝）=1∶1时，密封胶综合性能良好，且具有较好的耐候性能。

表1 不同填料比例对密封胶耐候性能的影响Tab.1 Effect of weight ratio of filler components on weather tastness of sealant

2.2 羟基清除剂对密封胶性能的影响

羟基清除剂用量对密封胶耐候性能的影响如表2所示。由表2可知：当加入不同量的六甲基二硅氮烷时，密封胶性能有明显差异，六甲基二硅氮烷的加入量为1、2和5 g时，密封胶的性能接近，说明当加入量大于1 g时，性能保持稳定。经85 ℃、85%RH耐候处理后，六甲基二硅氮烷加入量为1 g时，具有较好的性能保持率，且胶条变为微黄，说明六甲基二硅氮烷能够明显提高密封胶的耐候性能。故认为六甲基二硅氮烷加入量为1 g的密封胶之综合性能较好，且耐候性能明显改善。

表2 羟基清除剂用量对密封胶耐候性能的影响Tab.2 Effect of hydroxyl scavenger amount on weather tastness of sealant

2.3 抗黄变剂用量对密封胶性能的影响

表3为加入不同量抗黄变剂时的性能测试结果。由表3可知：加入抗黄变剂后，密封胶拉伸强度没有明显变化，断裂伸长率变大。随着抗黄变剂加入量的增加，密封胶性能无明显变化。85 ℃、85%RH测试后，抗黄变剂加入量为0.1 g的密封胶颜色变为微黄；当抗黄变剂加入量≥0.5 g时，密封胶性能保持良好，且颜色不发黄。所以抗黄变剂加入量为0.5 g较适宜，此时密封胶具有较好的综合性能且耐候性能良好。

表3 抗黄变剂用量对密封胶耐候性能的影响Tab.3 Effect of anti-yellowing agent amount on weather tastness of sealant

2.4 催化剂种类对密封胶耐湿热性能影响

采用同一有机硅密封胶作为基础配方，以不同种类催化剂进行制备密封胶，其性能测试结果如表4所示。

表4 不同催化剂种类密封胶耐候性能的影响Tab.4 Effect of catalyst kind on weather tastness of sealant

由表4可知：采用钛酸四叔丁酯复合物作为催化剂所制备的密封胶样品，其拉伸强度、断裂伸长率以及介电强度明显优于以钛酸四丁酯和钛酸异丙酯为催化剂的密封胶样品。85 ℃、85%RH耐湿热测试后，钛酸四叔丁酯复合物所制得的密封胶样品不发黄，性能保持率良好。

3 结论

采用α,ω-二羟基聚二甲基苯基硅氧烷（107胶）为基础聚合物，添加了碳酸钙、氧化铝等填料以及硅烷偶联剂甲基三甲氧基硅烷等助剂，制备了性能较优的耐高温高湿有机硅胶粘剂。研究了无机填料、羟基清除剂、抗黄变剂和钛催化剂等对有机硅胶粘剂在高温高湿下的拉伸强度、介电强度和黄变等性能的影响。当使用107胶100 g、混合填料[m（碳酸钙）∶m（氧化铝）=1∶1]200 g、羟基清除剂1 g、抗黄变剂1 g，交联剂5 g和钛酸四叔丁酯复合物催化剂1 g时，制备的灯具用密封胶之拉伸强度、断裂伸长率和介电强度等性能较优，且耐候性能良好，经85℃、85%RH测试后，密封胶不发黄，性能保持良好，适合作为高温高湿环境中灯具用密封胶。

[1]凌铭,张建文,黄中荣.汽车灯具的发展趋势[J].照明工程学报,2013,24(4):106-112.

[2]温其东,邓茂林.国内灯具市场发展状况[J].中国照明电器,2013,(11):4-8,21.

[3]李媛,赵苗,李光,等.LED封装用有机硅材料的制备与性能[J].高分子材料科学与工程,2015,31(1):41-45,50.

[4]李晓莲,林欣,张军营,程珏.新型耐高温含钛有机硅胶粘剂的性能研究[J].中国胶粘剂,2014,23(2):15-18.

[5]王熹,徐彬兰,何秀冲.有机硅胶粘剂在光伏组件中的应用及常见问题浅析[J].粘接,2011,32(1):91-93.

[6]江国栋,李怀栋,沈晓冬,沈扬.缩合型RTV有机硅胶粘剂的补强及老化研究[J].粘接,2011,32(9):46-49.

[7]陈思斌,张震宇,谭月敏.浅谈有机硅材料在LED球泡灯中的应用[J].中国照明电器,2013,43(11):22-24.