端乙烯基硅油對電氣灌封膠性能的影響

曲雪麗

（唐山三友硅業(yè)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

有機(jī)硅電氣灌封膠主要用于電源模塊、適配器、變壓器、LED 電源及面板等的灌封，除具有普通液體硅橡膠的優(yōu)點外，還具有室溫固化、硫化過程中無副產(chǎn)物生成、收縮率小、可深層硫化等特點。端乙烯基硅油是電氣灌封膠的基礎(chǔ)聚合物，其中端乙烯基硅油的乙烯基含量、摩爾質(zhì)量及其分布，直接影響電氣灌封膠的性能。本實驗考察了端乙烯基硅油的雜質(zhì)離子含量、黏度、乙烯基含量及結(jié)構(gòu)對電氣灌封膠性能的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料與設(shè)備儀器

端乙烯基硅油(各種規(guī)格，自產(chǎn))，含氫硅油(MD35D5HM，自產(chǎn) )，石英粉 (vx-sp)，甲基硅油 (黏度為 100mPa·s，自產(chǎn) )，鉑金催化劑 (Pt絡(luò)合物 )，抑制劑(VMC，四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷)。

10L動力混合攪拌機(jī)，XLB-D 600*550*2平板硫化機(jī)，DZF-6021真空干燥箱。

1.2 端乙烯基硅油的制備

將脫水后的DMC、乙烯基封頭劑、催化劑按配方比例，依次加入帶有冷凝管和溫度計的三口燒瓶中，加熱攪拌，控制反應(yīng)溫度。平衡反應(yīng)4～8h，然后升溫破媒2h或者堿中和，最后升溫脫低6h，即得到目標(biāo)產(chǎn)物端乙烯基硅油。

1.3 電氣灌封膠的配制

A組分的配制：將63份端乙烯基硅油、76份石英粉及0.2份Pt催化劑投入捏合機(jī)中，在120℃、真空度≤-0.08MPa的條件下熱處理2h。

B組分的配制：將37份端乙烯基硅油、84份石英粉、2份炭黑、0.1份抑制劑、17份含氫硅油及6份甲基硅油投入到捏合機(jī)中在120℃、真空度≤-0.08MPa的條件下熱處理2h。

1.4 試片制備

將A、B組分按照1∶1的質(zhì)量比混合均勻，脫泡，倒入模具中，放入平板硫化機(jī)中，在50℃下硫化45min，即得到試片。

1.5 性能測試

端乙烯基硅油的乙烯基含量和黏度的檢測，按照GB/T 28610-2010測定。

電氣灌封膠膠片的性能檢測：硬度按GB/T 531.1-2008測定；拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率按GB/T 528-2009測定；撕裂強(qiáng)度按GB/T 529-2008測定；介電常數(shù)按GB/T 1693-2007測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 Si-OH雜質(zhì)含量對電氣封裝膠硫化性能的影響

端乙烯基硅油中的離子雜質(zhì)，主要來源于原料單體、合成反應(yīng)過程中的微量水分、所用的或者未分解完全的催化劑，而端乙烯基硅油中的離子雜質(zhì)和低分子物，會直接影響電氣灌封膠的硫化時間和介電常數(shù)。

端乙烯基硅油采用催化調(diào)聚的方法制備。采用不同催化劑生產(chǎn)的端乙烯基硅油產(chǎn)品，其聚合時間和收率不同，會有不同程度的雜質(zhì)殘留。濃硫酸、酸性白土、酸性樹脂的催化效果對比見表1。

表1 不同催化劑的催化效果對比

從表1可知，使用濃硫酸和氫氧化鉀催化調(diào)聚，則離子雜質(zhì)含量較高，是因為催化調(diào)聚反應(yīng)結(jié)束后，需要進(jìn)行中和處理。離子雜質(zhì)含量較高，會降低硅油的收率。因此采用酸性催化劑制備端乙烯基硅油的工藝不推薦使用。用四甲基氫氧化銨作為催化劑時，催化劑通過加熱即可分解，且硅油可加入硅藻土進(jìn)行過濾處理（可以吸附某些未分解完全的催化劑和離子），離子雜質(zhì)含量較少，硫化時間短，擊穿電壓大。由于制得的離子雜質(zhì)含量低的端乙烯基硅油，是選用四甲基氫氧化銨來平衡催化反應(yīng)，因此還要在過程中控制系統(tǒng)中的水分。

2.2 端乙烯基硅油的黏度、乙烯基含量對電氣灌封膠力學(xué)性能的影響

對比黏度分別為 350、500、1000、1000 mPa·s的端乙烯基硅油對電氣灌封膠性能的影響，結(jié)果見表2和圖1。

表2 乙烯硅油黏度、乙烯基含量對膠料性能的影響

圖1 端乙烯基硅油黏度對膠料性能的影響

實驗結(jié)果顯示，隨著端乙烯基硅油黏度增加，乙烯基含量降低，電氣灌封膠的黏度逐漸上升，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率呈先上升后輕微下降的“峰”形變化趨勢。這是由于隨著端乙烯基硅油黏度增大，分子鏈增長，乙烯基含量降低，與含氫硅油交聯(lián)點密度減少，電氣灌封膠硬度會變大變脆，耐老化性能會下降。一般采用混拼或黏度分布較寬的端乙烯基硅油制備的電氣灌封膠的性能較優(yōu)良。因此，將低黏度的端乙烯基硅油和高黏度的乙烯基硅配合使用來制備電氣灌封膠，可以達(dá)到很好的效果。

2.3 端乙烯基硅油中活性乙烯基結(jié)構(gòu)對電氣灌封膠力學(xué)性能的影響

端乙烯基硅油中活性乙烯基的結(jié)構(gòu)對電氣灌封膠力學(xué)性能的影響見表3。從表3可以看出，端乙烯基硅油中加入含側(cè)鏈的乙烯基后，交聯(lián)過程除伴有分子鏈的增長外，交聯(lián)密度也有提高，從而進(jìn)一步提高了電氣灌封膠的物理機(jī)械性能。但隨著側(cè)鏈乙烯基硅油含量進(jìn)一步增加，電氣灌封膠的硬度逐漸增大，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率出現(xiàn)下降趨勢。這可能是由于隨著活性乙烯基在分子鏈的分布集中，交聯(lián)點也趨于集中，硬度隨之增加，但交聯(lián)點集中會限制連段的運動，因此拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率會有部分下降。

表3 乙烯硅油中活性乙烯基位置對膠料性能的影響

3 結(jié)論

采用酸性催化劑，端乙烯基硅油的收率較低，采用氫氧化鉀、四甲基氫氧化銨等催化制備的端乙烯基硅油，雜質(zhì)離子含量較高，需要加入硅藻土進(jìn)行過濾處理。分別選用黏度差異較大的兩種端乙烯基硅油，按適當(dāng)比例混配后用于制備電氣灌封膠，產(chǎn)品的流動性和機(jī)械性能都較好。在膠料中引入少量的側(cè)鏈端乙烯基硅油，在交聯(lián)硫化后可形成局部高交聯(lián)密度網(wǎng)絡(luò)結(jié)點，在硫化膠的拉伸形變中將發(fā)揮應(yīng)力分?jǐn)?shù)的作用，從而提高硅橡膠的拉伸強(qiáng)度。但在膠料中引入側(cè)鏈端乙烯基硅油時需注意，其添加量不可過多。