鄧偉偉 李吉明 羅茜 劉桂恒

摘要：雙組份室溫固化結(jié)構(gòu)膠具有固化速度快的特點(diǎn)，在保持快速固化的基礎(chǔ)上，對(duì)其他要求也越來越高，尤其是要求雙組份有機(jī)硅膠能夠快速粘接低表面能材料，在比例懸殊的情況下不僅要保證膠體表面的黑度和亮度以及對(duì)難粘接材質(zhì)優(yōu)廣泛的粘接適用性，還要求有其他好的綜合性能。文章主要研究質(zhì)量比A：B=8-12：1的比例較懸殊的雙組份快固有機(jī)硅膠的對(duì)低表面能材料的粘接的實(shí)驗(yàn)解決方案。主要從合成的偶聯(lián)劑，制備工藝，色粉及著色等方面著手研究和解決。

關(guān)鍵詞：高亮度;高黑度;有機(jī)硅粘接劑;低表面能

中圖分類號(hào)：TQ433.4+38

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）06-0030-04

低表面能材料有多種多樣，常見的低表面能材料主要有固體硅膠，氟碳材料，聚酯環(huán)氧噴涂涂料，PPA，尼龍及尼龍含量較高的尼龍玻纖材質(zhì)等。

低表面能材質(zhì)在許許多多行業(yè)中都有應(yīng)用，如家電行業(yè)，電子電器行業(yè).高端建筑，汽車制造行業(yè)，紡織服裝等領(lǐng)域等等均有應(yīng)用低表面能材料，其在固定及密封需要用到粘接劑和密封劑，其中以有機(jī)硅粘接劑和密封劑最為常見，主要因有機(jī)硅材質(zhì)優(yōu)異的耐高低溫性能，耐熱性能，耐老化和防水性能，亦可以做到耐酸堿性能，耐溶劑，導(dǎo)熱阻燃性等等。

通常低表面能材質(zhì)都會(huì)進(jìn)行表面處理再涂膠粘接，有物理處理方式和化學(xué)處理方式，主要為：溶劑清洗，電暈處理，短波紫外線輻射處理，砂紙?zhí)幚?，噴沙處理，等離子蝕刻，化學(xué)蝕刻，加熱處理，底涂劑等。有些處理方式對(duì)表面粘接效果有限，有些處理方式多一道工序，增加廠家的工藝流程影響效率，且因廠家材質(zhì)形狀多種做樣，有的形狀不便于處理。而其中化學(xué)處理和底涂劑難免會(huì)產(chǎn)生VOC和廢物排出，現(xiàn)要求膠水能夠具備不處理情況下有粘接效果，方便廠家縮短工藝流程，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，降低成本。

本項(xiàng)目主要研究雙組份快固結(jié)構(gòu)膠對(duì)固體硅膠，聚酯環(huán)氧噴涂涂料，尼龍玻纖，ppA，氟碳等幾種材質(zhì)的粘接研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

α，ω一二羥基聚二甲基硅氧烷，簡稱，107，粘度，（ 1500-50000mpa.s），江西星火有機(jī)硅有限公司;納米碳酸鈣（D50 80nm），恩平白翠華實(shí)業(yè)有限公司;超細(xì)硅微粉：湖州久立華飛;氧化鋁，氧化鋅，佛山金戈新材料有限公司;硫酸鋇，南風(fēng)集團(tuán);1 146，廣州堅(jiān)毅化工有限公司;γ一氨丙基三乙氧基硅烷KH550，γ-β -（氨乙基）-γ一氨丙基三甲氧基硅烷KH792，（KH-570，）荊州江漢精細(xì)化工有限公司;偶聯(lián)劑1，自制;偶聯(lián)劑2，自制，二月硅酸二丁基錫（ DBTDI），湖北藍(lán)天新材料化工有限公司;黑色粉，;（50 - 1000mPa-s）、二甲基硅油，江西星火有機(jī)硅有限公司;親水型氣相白炭黑（LM150），卡博特公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

KXJ-2型行星攪拌機(jī)，廣州市浦林日化裝備有限公司;UTM-4104型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，深圳三思縱橫科技有限公司;DV-lI型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，美國Brookfield公司;KX2-5型捏合機(jī)，江蘇如皋強(qiáng)盛塑料化工機(jī)械廠;拉力計(jì)，烤箱。

1.3 試樣制備

A膠的制備：將α，ω-二羥基聚二甲基硅氧烷，增塑劑，活性碳酸鈣，硅微粉，白炭黑按照一定比例投入分散攪拌中，在15-20Hz的攪拌速度下攪拌1-2h，冷卻后測(cè)試粘度，包裝成A組分

B膠制備：將自制黑色漿，交聯(lián)劑，偶聯(lián)劑，催化劑按照一定比例加入2L行星攪拌機(jī)中，抽真空在20Hz下攪拌1h，待完全分散成均勻觀察無顆粒后，且呈觸變性輕微膏狀物質(zhì)后，可過濾分裝成B組分。

黑色漿的制備：將二甲基硅油加入2L行星中，分批次加入黑色粉，待黑色粉全部分散后加熱，加熱冷卻后過三輥機(jī)。

1.4 性能測(cè)試及表征

A與B按照10：1的體積比配膠，混合均勻后測(cè)試以下性能：

1）表干時(shí)間：按照GB/T13477.5-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。

2）黑度：目測(cè)，與廠家提供的黑色鋼化玻璃板做顏色對(duì)比測(cè)試。

3）粘接測(cè)試：用平口螺絲刀撬動(dòng)界面，判定為界面破壞還是內(nèi)聚破壞。

4）垂直拉力：用工件對(duì)低表面能材質(zhì)進(jìn)行粘接，固化一定時(shí)間后施加垂直拉力，得到拉開的最大拉力值。

5）融合性：膠條混合擠出后搭十字架，膠條中間搭接處能夠很好的融合在一起

6）固化時(shí)間：使用固化深度槽進(jìn)行測(cè)試，5mm厚度全干不粘手需要的時(shí)間。

7）剪切強(qiáng)度：按照GB/T528-2009標(biāo)準(zhǔn)

8）扯斷伸長率：按照GB/T528-2009標(biāo)準(zhǔn)

9）抗拉強(qiáng)度：按照GB/T528-2009標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 不同種類的黑色粉制備成色漿的極限添加量

黑色粉有很多種，分為有機(jī)的和無機(jī)的，無機(jī)主要有的有U炭黑，鐵黑，有機(jī)黑色素主要是色素炭黑，其種類則繁多，是由碳?xì)浠衔镌诟邷亓呀庀庐a(chǎn)生的，經(jīng)過不完全燃燒或熱裂解形成的近似球體的膠體粒子的準(zhǔn)石墨結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的粒徑、結(jié)構(gòu)、和表面活性根據(jù)原料和生產(chǎn)工藝的不同而有很大差異，色素炭黑不溶于水，有酸堿性之分。不同的種類也有不同的粒徑，雜質(zhì)含量和吸油值，在眾多的黑色粉中帥選出合適的色粉尤為重要。不同的色粉配成B膠后做成的膠固化后需要達(dá)到表面黑度高，亮度高，無啞光和偏灰特質(zhì)，且在昏暗光線差的環(huán)境下黑度和亮度對(duì)比下依然不會(huì)明顯變差。

以下是不同的黑色粉與不同粘度的硅油的極限添加量，也就不同的黑色粉在不同粘度硅油里面的最大添加量，按照最大添加量制備成色漿。

2.2 各種不同色漿對(duì)成品膠黑度和亮度的影響

前面之所以研究極限添加量是盡可能在色漿里面提高黑色粉的含量，黑色粉含量越高，最終產(chǎn)品的黑度則越高，而我們使用不同的粘度硅油，而高粘度硅油分子量較大所以遷移性較差，有利益體系的穩(wěn)定性。因此制備了不同種類的黑色漿。使用相同比例的黑色漿加上不同的交聯(lián)劑和偶聯(lián)劑制備出B組分，B與A組分配膠后的黑度如表2所示。

按照性能測(cè)試方法第3項(xiàng)目測(cè)后觀察上述炭黑的染色能力排序?yàn)椋汉冖?黑②>黑③

使用相同的A組分與使用上述3種黑色漿配成的B組分配成的膠水進(jìn)行黑度的一個(gè)對(duì)比，相同添加比例的情況下，得出3種黑色粉的染色能力是有區(qū)別的，3種色粉其中色素炭黑的染色能力最強(qiáng)，普通的N330的染色能力居中，U炭黑的染色能力最差。

2.3 適合低表面能材質(zhì)粘接的偶聯(lián)劑

本文前期擬采用普通的偶聯(lián)劑進(jìn)行了一系列的配方研究，為了驗(yàn)證和對(duì)比自制的偶聯(lián)劑的粘接效果，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，偶聯(lián)劑種類和搭配具有協(xié)同效果，不同的偶聯(lián)劑的搭配可以促進(jìn)一些難粘接材料的粘接，起到潤濕和腐蝕表面基材的作用，有的偶聯(lián)劑負(fù)責(zé)腐蝕滲透，有的偶聯(lián)劑負(fù)責(zé)與表面材質(zhì)發(fā)生反應(yīng)接枝，同時(shí)偶聯(lián)劑還要與膠體發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。對(duì)于低表面能材料其表面能低，難以潤濕，表面活性官能團(tuán)少，其基材不容易被偶聯(lián)劑活性官能團(tuán)抓住。

表3中標(biāo)記含義：o代表部分粘接（部分內(nèi)聚破壞）√代表粘接優(yōu)異（內(nèi)聚破壞）×代表未形成粘接（界面破壞）

常見固體材質(zhì)的表面張力為：聚氟乙烯表面張力為：16-20，固體硅橡膠的表面張力為：22-24，尼龍的表面張力為：33，聚酯的表面張力為：41-44，有機(jī)玻璃的表面張力為：41，尼龍66的表面張力為：46，環(huán)氧樹脂的表面張力為：47，上表中四種材質(zhì)的理論表面張力大小排序?yàn)椋悍纪繉?固體桂橡膠

每種偶聯(lián)劑中都含有氨基類偶聯(lián)劑，氨基偶聯(lián)劑可以有效的提高體系固化速度，配合其他不同種類的偶聯(lián)劑起到協(xié)同效果。

上表實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)A和D對(duì)PPA內(nèi)聚破壞，CD對(duì)氟碳涂層內(nèi)聚破壞，D對(duì)固體硅橡膠部分內(nèi)聚破壞，ACD對(duì)FR-PA內(nèi)聚破壞，D對(duì)聚酯環(huán)氧涂層內(nèi)聚破壞。

2.4 從其他方面提高膠體表面黑度和亮度

本文中所敘述的雙組份硅膠A：B體積比為8-12：1范圍比例下均有較高的黑度和亮度及粘接性，其中A組分為白色，B組分為黑色，AB混合后黑色。以下從兩個(gè)方面研究協(xié)同解決膠體固化后表面的黑度及亮度。

2.4.1 粉體著色實(shí)驗(yàn)

A組分主要由107+增塑劑+粉體+補(bǔ)強(qiáng)填料組成，其中粉體呈現(xiàn)白色，以下不同粉體制備的A組分與相同的B組分混合后的黑度及亮度都會(huì)有所差異。

上表使用不同粉體在A組分相同的添加量與B組分混膠后得到的黑度從高到低排序?yàn)閍>e>d=c>b，其中硫酸鋇和硅微粉容易被染色，氧化鋁和碳酸鈣及氧化鋅較難被染色，得到的力學(xué)性能如上表所示，氧化鋁比較低之外，其他都可以滿足目前的粘接要求。實(shí)驗(yàn)表明通過繼續(xù)優(yōu)化，本體強(qiáng)度可以繼續(xù)上升至2.OMPa以上。

2.4.2 減少表面副反應(yīng)

表干時(shí)間不可太長，否則表面交聯(lián)劑和偶聯(lián)劑容易優(yōu)先跟空氣中的濕氣反應(yīng)，形成表面的水解層，表面水解層容易產(chǎn)生啞光效果。經(jīng)過試驗(yàn)交聯(lián)劑的量從3%-15%后得出交聯(lián)劑的量最合適控制在總量的5%-8%比較合適。

3 結(jié)語

1）制備高黑亮度的10：1雙組分粘接膠，主要從著色黑色粉，黑色素及粘接偶聯(lián)劑，協(xié)同偶聯(lián)劑，以及填充粉體的著色難易度著手解決。得出色素炭黑的著色能力最好。N330在制備色漿時(shí)，極限添加量最大。填充粉體選用白度低一些的硅微粉和硫酸鋇更加容易著色，并且本體強(qiáng)度可以達(dá)到粘接膠的要求。

2）對(duì)于A：B=10-12：1的比例較懸殊的雙組份對(duì)低表面能材料粘接的解決主要依靠B組分中的偶聯(lián)劑進(jìn)行協(xié)同效果完成，而偶聯(lián)劑的量不允許有很大的添加量。在這種情況下，本文采用自制備的偶聯(lián)劑配合氨基硅烷偶聯(lián)劑792和改性氨基硅烷偶聯(lián)劑1 146協(xié)同進(jìn)行粘接獲得優(yōu)異的粘接效果，實(shí)現(xiàn)100%內(nèi)聚破壞。

3）對(duì)于黑亮度的雙組份A：B=10-12：1的比例來說，影響黑亮度的還有其他一些因素，如填充的粉體，選用的交聯(lián)劑的量及活性等。

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作者簡介：鄧偉偉（1982-），女，大學(xué)本科，工程師，從事多年有機(jī)硅粘接劑及上下游產(chǎn)品的研發(fā)工作。E-mail： 1036440067@qq.com