照明用高强度有机硅密封胶的研究

张震宇，阳习春，郑常华，王 兵，陈何国

（广州市白云化工实业有限公司，广东 广州 510540）

室温固化硅酮密封胶具有优异的耐紫外光、耐高低温气候老化性能和耐高温高湿性能，与其他类型密封胶相比，其在恶劣条件下的耐久性特别突出，尤其是单组分室温固化有机硅密封胶[1～3]，由于其分子主链为-Si-O-无机结构，侧链为有机基团的一类弹性体，因此耐老化性能优异，且使用方便，因而在LED灯照明行业得到广泛的应用[4，5]。考虑到脱肟型、脱酸性和南大脱乙醇型硅酮胶对LED灯灯珠和PC材质泡壳的腐蚀等影响[6]，选择钛酸酯催化的脱甲醇硅酮密封胶是最合适应用于LED灯具的密封胶品种[7]。但目前成熟配方的室温固化硅橡胶的剥离强度以及与塑料的粘接强度均较低[8]（剥离强度5～8 kN/m，粘接强度1.0～2.0 MPa），在一些特殊LED灯型中很难满足使用要求，本文为了提高硅橡胶的剥离强度和粘接强度，进行了配方和工艺方面的研究。

1 实验部分

1.1 主要原料

α,ω－三甲氧硅基聚二甲基硅氧烷（封端107硅橡胶），工业级，江苏科幸新材料有限公司；甲基三甲氧基硅烷混合交联剂及粘附促进剂，工业级，广州市白云化工实业有限公司；甲基硅油，工业级，道康宁（张家港）投资有限公司；双乙酰乙酸乙酯钛酸二异丙酯螯合物，工业级，杜邦；白炭黑，工业级，Degussa AG；超细纳米活性碳酸钙，工业级，恩平燕怡新材料有限公司。

1.2 仪器与设备

捏合机，NHZ-2000L，佛山市金银河智能装备股份有限公司；行星搅拌机，XJB-2000L，佛山市金银河智能装备股份有限公司；剥离实验机，BLD－200N，广州标格达实验仪器用品有限公司；万能材料实验机，WDW-1，上海松顿机械设备有限公司；及一般实验室仪器。

1.3 高强度有机硅密封胶的制备

将经计量的107 硅橡胶、填料加入捏合机中抽真空加热去除水分，冷却至室温后得基料。取一定量的基料加入行星机中，加入一定配比的交联剂，真空搅拌10～60 min，最后加入催化剂及偶联剂，真空搅拌30～80 min。真空脱泡搅拌充分后，在氮气保护条件下装入300 mL塑料瓶密封备用。

1.4 性能表征及测试

表干、消黏时间：按GB /T 13477. 5—2002测试；贮存期：按GB/T 7123.1—2002测试；剥离强度：按GB /T 13477.18—2002测试；粘接强度：按GB/T 13477.8—2002测试；挥发分：按GB/T 13477.19—2002测试；耐黄变性能测定：将测试胶样分别点到PC泡内顶部，胶量不超过10 g，顺/逆时针均匀涂开，以玻璃片涂上胶，将球泡密封，放入烤箱100 ℃烘烤24 h。

2 结果与讨论

2.1 白炭黑用量对密封胶强度的影响

由图1可以看出，随着白炭黑添加量的增加, 有机硅密封胶的拉伸强度和剥离强度不断提高, 当添加35份白炭黑时，拉伸强度和剥离强度基本上同时达到最大值，其强度分别由开始的2.8 MPa和4.9 kN/m增加到最大值6.5 MPa和11.2 kN/m。但达到最高点后2者机械强度反而有所下降。故添加35份白炭黑，使得有机硅密封胶获得了最佳的力学性能。

图1 白炭黑添加量与密封胶拉伸强度及剥离强度的关系Fig.1 Effect of fumed silica amount on tensile strength and peeling strength of sealant（注：配比封端107胶100份，碳酸钙100份，交联剂3份，催化剂2份，粘附促进剂0.8份。）

2.2 封端107胶黏度对密封胶性能的影响

表1结果表明，封端107硅橡胶的黏度越高，制备有机硅密封胶的表干时间越短，拉伸和剥离强度越高。但是由于表干时间过短，使生产过程操作难度增大，过快的表干时间导致密封胶出料瞬间易结皮。另外黏度的增加使密封胶的挤出性偏小，施工性能变差，使照明用密封胶的点胶效率过低。而低黏度封端107胶制备的有机硅密封胶，具有适宜的表干时间、生产过程中易操作、成品质量高以及较高的力学性能等特点；同时具有挤出性大，易施工等特点。故当封端107 胶的黏度为1 500 mPa·s时，密封胶的硫化性能较好，且挤出性适宜、施工性能优越。

表1 封端107胶黏度对密封胶性能的影响Tab.1 Effect of viscosity of end capped 107 silicone rubber on sealant properties

2.3 交联剂用量对密封胶性能的影响

表2可以看出，混合交联剂用量多少对密封胶的表干和消粘时间影响较小，但随着交联剂用量的增加，密封胶的挤出性能变好，贮存期延长。主要是因为纳米碳酸钙中含有微量的水分，使交联剂发生了水解聚合反应，慢慢消耗了大部分交联剂，导致密封胶的贮存期缩短。另外，随着交联剂用量的增加，密封胶的挥发分升高，过高的挥发分会使LED灯使用过程发生起雾，导致LED灯光衰。因此，当混合交联剂的用量为3份时，密封胶具有较长的贮存期，挥发分较小。

表2 交联剂用量对密封胶性能的影响Tab.2 Effect of crosslinking agent amount on sealant properties

2.4 催化剂用量对密封胶性能的影响

表3表明，随催化剂用量的增加，密封胶的表干消粘时间加快，贮存期降低，黄变几率增大。同时当催化剂用量为1份或者3份时，密封胶的挤出性能变差。前者是因为催化剂用量过少，生产过程黏度高峰大没有充分分散；后者是因为催化剂用量过大，导致密封胶过早发生凝胶，使稠度增加。因此，当催化剂用量为2份时，密封胶才具有最佳的表干消粘时间，优异的施工性能、较长的贮存期和抗黄变性能。

表3 催化剂用量对密封胶性能的影响Tab.3 Effect of catalyst amount on sealant properties

3 结论

采用黏度为1 500 mPa·s封端107硅橡胶100份，白炭黑35份，碳酸钙100份，交联剂3份，催化剂2份，粘附促进剂0.8份，制得的密封胶性能较好，具有最大的拉伸强度和剥离强度，强度分别为6.5 MPa和11.2 kN/m，贮存期可达9个月；同时具有最佳的表干消粘时间，优异的施工性能、低挥发分、较长的贮存期和抗黄变性能，能够满足快速发展的照明LED灯具行业粘接要求，提高LED灯具的生产效率。

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[4]邹德荣.纳米碳酸钙对RTV硅橡胶性能的影响[J].有机硅材料,2002,16(2):7-9.

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