佳恒光電公司制備了一種LED顯示屏用有機(jī)硅灌封膠。研究不同粉體對(duì)膠黏附性、抗沉淀性的影響，不同廠家生產(chǎn)的3號(hào)白油及其含量對(duì)耐低溫性的影響，不同偶聯(lián)劑對(duì)深層固化的影響。配方優(yōu)化后制備的膠深層固化好，不粘燈，放置3個(gè)月粉體不沉淀，在－30℃下固化后的膠體表面無(wú)油滲出。

引言

有機(jī)硅灌封膠因具有良好的耐高低溫、耐候、耐腐蝕與電氣性能，廣泛應(yīng)用于電子電器的密封和封裝領(lǐng)域［1］。單組分縮合型硅膠流動(dòng)性差，因此，目前LED顯示屏模塊或燈條的灌封普遍采用雙組份縮合型硅膠。但縮合型灌封膠在放置過(guò)程中易分層，施膠過(guò)程中如碰到LED燈珠會(huì)粘附在其上，固化后在北方很寒地區(qū)會(huì)出現(xiàn)膠表面滲油、深層固化差等現(xiàn)象。作者針對(duì)以上4個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)粉體的選擇解決了粘燈及沉淀問(wèn)題，通過(guò)對(duì)中性油含量、廠家的研究，改善產(chǎn)品低溫冒油現(xiàn)象。配方優(yōu)化后制備的膠深層固化好，不粘燈，放置3個(gè)月粉體不沉淀，在－30℃下膠體表面無(wú)油析出。

實(shí)驗(yàn)部分

原材料使用的原材料包括:α，ω－二羥基聚二甲基硅氧烷(107膠)，中國(guó)藍(lán)星;中性油，各廠家;硅微粉;沉淀白炭黑;二甲基硅油(黏度100mPa·s);甲基三丁酮肟基硅烷;乙烯基三丁酮肟基硅烷;二月桂酸二丁基錫;N－(β－氨乙基)－γ－氨丙基三甲氧基硅烷;正硅酸乙酯。

(1)A組分:將107膠、硅微粉、沉淀白炭黑添加到反應(yīng)釜里，高速攪拌均勻，冷卻過(guò)三輥研磨機(jī)，按照比例添加中性油以及助劑、炭黑。攪拌均勻出料將其冷卻至常溫。

(2)B組分:按照其設(shè)計(jì)比例，將交聯(lián)劑、偶聯(lián)劑、催化劑以及所需物料添加到反應(yīng)釜，真空攪拌，分散均勻，出料。

性能測(cè)試

黏度測(cè)試

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2794-2013《膠黏劑黏度的測(cè)定單圓筒旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法》，選用BrookField黏度計(jì)，25℃測(cè)試。

初固時(shí)間

將冷卻至常溫的A組分取100g備用，取B組分50g，按mA∶mB=10∶1的比例混合均勻，在(23±2)℃下放置固化，測(cè)試膠液表面不黏手的時(shí)間為初固時(shí)間。

硬度

按照GB/T531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分:邵氏硬度計(jì)法(邵氏硬度)》進(jìn)行測(cè)試，在試驗(yàn)條件下固化24～25h后，測(cè)得的ShoreA的數(shù)值為產(chǎn)品的硬度。

結(jié)果和討論

冷凍環(huán)境下滲油現(xiàn)象的優(yōu)化研究

LED模組燈距窄，很多在3～10mm之間，因此對(duì)灌封膠的黏度要求比較高，一般控制在1000mPa·s左右，為此配方中需要加入惰性油如白油、硅油等降低黏度，但其不參與體系反應(yīng)，因此需要與體系相容性好，避免固化后游離出體系。體系中的惰性油飽和值隨著溫度的降低而下降，北方冬季溫度常在－30～－20℃，灌封后的LED模組表面會(huì)慢慢地滲出油狀物，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證滲出的油狀物為3號(hào)白油，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品品質(zhì)。鑒于此，作者對(duì)產(chǎn)品中應(yīng)用的3號(hào)白油進(jìn)行了研究，選取不同供應(yīng)商生產(chǎn)的3號(hào)白油，并研究不同添加量對(duì)膠性能的影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選擇了茂名石化、山東飛天、韓國(guó)SK進(jìn)口3號(hào)白油進(jìn)行研究，配方中加入比例分別為40%、45%、50%、55%、60%、65%。將固化5h后的產(chǎn)品在－30℃下密封冷凍30天，測(cè)試其滲油情況。冷凍后的滲油效果如表1所示。

采用不同供應(yīng)商提供的3號(hào)白油，按照梯度使用比例進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示:韓國(guó)SK的3號(hào)白油加入量為65%時(shí)在冷凍環(huán)境下才出現(xiàn)輕微滲油，茂名石化3號(hào)白油加入量為50%時(shí)即出現(xiàn)冒油;而山東飛天3號(hào)白油加入量為40%時(shí)已冒油，且韓國(guó)SK的3號(hào)白油批次間穩(wěn)定性好，因此決定使用韓國(guó)SK3號(hào)白油，綜合其他性能添加量確定為45%。

粘燈珠以及抗沉淀性能綜合研究

灌封膠配方中引入粉料對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。碳酸鈣和硅微粉作為填料，是有機(jī)硅密封膠的主要填充物，可起到填充、補(bǔ)強(qiáng)、降低生產(chǎn)成本等作用。對(duì)產(chǎn)品中粉料進(jìn)行了研究，固定配方中黏度為5000mPa·s的107膠50份，黏度為100mPa·s的甲基硅油10份，SK3號(hào)白油的添加量為45份，分別選擇了輕質(zhì)碳酸鈣，信陽(yáng)核工業(yè)生產(chǎn)的牌號(hào)為A-1、A-2的硅微粉，廣州杰靈生產(chǎn)的牌號(hào)為B-1、B-2、B-3的硅微粉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究粉料對(duì)其黏度、抗沉淀、粘燈珠、固化效果等方面的影響，結(jié)果如表2所示。

上述實(shí)驗(yàn)證明，不同粉料對(duì)其產(chǎn)品性能有著較大的影響。使用輕質(zhì)碳酸鈣作為補(bǔ)強(qiáng)劑，產(chǎn)品放置一段時(shí)間后出現(xiàn)增稠且沉淀嚴(yán)重，且在使用過(guò)程中出現(xiàn)粘燈現(xiàn)象，即膠漿附著于LED燈珠上無(wú)法自行流下，分析原因可能是輕質(zhì)碳酸鈣生產(chǎn)過(guò)程中使用的處理劑對(duì)產(chǎn)品的較終性能有影響;從試驗(yàn)結(jié)果可知，使用硅微粉相對(duì)碳酸鈣加入灌封膠中，其穩(wěn)定性更好，因此硅微粉作為補(bǔ)強(qiáng)填料的優(yōu)選。通過(guò)幾種硅微粉的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硅微粉的粒徑對(duì)產(chǎn)品的抗沉淀性能有著較大影響。當(dāng)硅微粉的粒徑在2000～2500目時(shí)，粒徑較小，二次粒子團(tuán)聚嚴(yán)重，因而在產(chǎn)品中出現(xiàn)分散困難、外觀不光亮、輕微粘燈等現(xiàn)象;硅微粉的粒徑在800目左右時(shí)，由于粒徑大易于分散，但粉體在重力作用下沉降快;實(shí)驗(yàn)證明:粉體的粒徑在1200目左右時(shí)，其抗沉淀效果、粘燈情況、固化效果綜合效果較優(yōu)，即可選用A-1和B-2兩種硅微粉。但A-1做出的膠固化后硬度偏高，因此較終選擇B-2硅微粉。

深層固化的研究

有機(jī)硅灌封膠要求產(chǎn)品深層固化好。硅烷偶聯(lián)劑是一類(lèi)在分子中同時(shí)含有兩種不同化學(xué)性質(zhì)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物，它很易水解而形成硅醇鍵。通過(guò)使用硅烷偶聯(lián)劑，可在無(wú)機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)的界面之間形成“搖爪”結(jié)構(gòu)，從而起到增加材料黏接強(qiáng)度的作用;偶聯(lián)劑還有助催化的作用，在基體膠里面添加一定比例的偶聯(lián)劑，對(duì)產(chǎn)品的深層固化效果起到不同程度的促進(jìn)作用，偶聯(lián)劑種類(lèi)不同，其深層固化效果也有比較明顯的差異。作者采用基本配方中黏度為5000mPa·s107膠50份，黏度為100mPa·s的甲基硅油10份，SK3號(hào)白油的添加量為45份，硅微粉B-2添加量為10份進(jìn)行了試驗(yàn)，選擇了KH-792、KH-550、KH-560、KH-570四種偶聯(lián)劑進(jìn)行對(duì)比，其配比試驗(yàn)的深層固化效果如表3所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:其他組分一致的情況下，隨著偶聯(lián)劑含量的增大，分子之間有效碰撞的概率增大，深層固化速率加快;KH-550和KH-792對(duì)配方體系深層固化的作用明顯優(yōu)于KH-560、KH-570。研究證明氨基類(lèi)偶聯(lián)劑助催化作用較好，而雙氨基的KH-792比單氨基的KH-550助催化作用更強(qiáng)，對(duì)深層固化影響更大。通過(guò)對(duì)配方深層固化情況以及固化速度的影響綜合考慮，選擇KH-792作為深層固化劑應(yīng)用于配方中，其比例為1‰比較符合使用要求，同時(shí)也滿(mǎn)足了深層固化效果。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)白油、粉體、偶聯(lián)劑的研究，經(jīng)一系列配方優(yōu)化后制備的灌封膠深層固化好，不粘燈，放置3個(gè)月粉體不沉淀，在－30℃下膠體表面無(wú)滲油現(xiàn)象。