有机硅胶黏剂在汽车发动机控制模块上的应用及研究进展

魏静

德尔福派克电气系统有限公司 （上海 201814）

随着近年来汽车工业的大力发展，私家车已迅速进入国民家庭，中国汽车市场发展迅猛，年产量由2001年的234万辆增长到2017年的2901万辆，年平均增速约为18.0%；产量占全球产量的比例也由2001年的5%上升至2017年的29.6%。自2009年以来，中国连续9年位居全球汽车产销规模首位[1]。未来几年，随着新兴市场国家汽车需求的持续增长，预期全球汽车市场仍将持续稳定增长。2018年—2022年，全球汽车销量年均复合增长率约为3.2%。预计2022年，全球汽车销量将增加至11359万辆。

得益于汽车工业的高速发展，汽车电子的发展也日渐迅猛，各种电子式控制结构和模块逐渐被导入操控系统中以获得更精密、更敏捷、更高效的控制，从而提高汽车的综合性能。汽车的开发、设计及验证过程中必须通过风、雨、雷电、雪、砂、高低温、振动等各种地形气候与污染物的腐蚀试验。而各种精密的电子式控制模块必须借助于适当的保护材料来确保其安全性、稳定性和可靠性。作为最重要的汽车电子控制模块，发动机控制模块（ECU）包括燃油喷射控制、点火控制、爆震控制、怠速控制、尾气排放控制、废气再循环控制、增压控制、失效保护及发动机自诊断和故障安全系统等[2]，因此，汽车ECU保护材料除了要具备绝缘、防潮、防污、防酸腐蚀等基本特性外，还需具备低应力和长期耐热、优良的耐高低温冲击、耐寒等性能要求。

有机硅胶黏剂满足上述要求，且具有比环氧树脂胶黏剂更优良的韧性，比聚氨酯胶黏剂更优异的耐高低温特性、室温固化特性和对塑料件更好的粘接性，以及安全可靠、耐候性好、使用寿命长（户外寿命大于20年）、电气绝缘性能佳、耐臭氧、化学稳定性好[3]、粘接强度较高、粘接材料种类多等优点，已成为汽车电子中最重要的胶种。汽车轻量化进程中，新型汽车结构中引入大量的轻质金属、复合材料（如碳纤维等）和塑料，促进了汽车用胶黏剂用量的持续增加[4]。不同材质胶黏剂的性能对比情况见表1。

1 有机硅胶黏剂的在汽车发动机控制模块上的应用情况

有机硅是以硅原子和氧原子为主链的一种直链状有机硅氧烷。由于它的分子主键为由硅原子和氧原子交替组成的硅氧键，键能高达450 kJ/mol[5]，因此有机硅高聚物比一般有机高聚物在耐热、耐氧稳定性方面优异的多。有机硅材料室温下的机械性能与其他材料差异不明显，但其在高温及低温下的物理、机械性能表现非常突出，能在使用温度范围内多次交变而物理机械性能不受影响[6]。有机硅因分子内的偶极作用能有效缓冲和减弱外部电场的影响，从而有效保护连接在硅原子上的羟基，获得良好的耐盐雾、耐潮及耐候性能。综上所述，有机硅高聚物产品因其良好的耐化学腐蚀性、耐高低温性，长期耐候性，低吸湿性，电气绝缘性，低应力，憎水性，低毒性，以及良好的返修性等特性，被制成粘接密封剂、灌封剂、绝缘涂料、固/液体硅橡胶等多种产品应用于各种汽车电子装置中。

表1 几种不同材质胶黏剂的性能对比

汽车发动机控制模块用有机硅胶黏剂种类很多，分类方法也各异。按胶黏剂组分的不同，可分为单组分和双组分[7]。单组分胶黏剂使用方便，依靠空气中的水分固化，固化速度相对较慢；双组分胶黏剂使用时将两组分按一定比例混合均匀后再涂胶，该种胶依靠胶体中携带的水分进行固化，固化速度快于单组分胶黏剂。有机硅胶黏剂的具体分类见表2。

表2 有机硅胶黏剂的分类

1.1 缩合型有机硅胶黏剂的特性

缩合型有机硅胶黏剂主要有脱酸型、脱醇型、脱酮肟型、脱丙酮型、脱酰胺型等几大类品种[8]。如表3所示，不同种类缩合型有机硅胶黏剂的性能存在明显差异。

1.1.1 缩合机理

缩合型有机硅胶黏剂具有如下特点：

（1） 室温（20 ～ 40 ℃）固化[9]；

（2） 需要水汽帮助固化，40%～80%湿度；

（3）只能用于开放系统，不能用于密闭系统，固化由内而外，逐步固化；

（4）会产生醇、酸、肟或酮等副产物，副产物可能有刺鼻的味道，也可能腐蚀基材。

缩合型有机硅胶黏剂有单组分综合和双组分综合两种形式，固化性能见表4。

1.2 加成型有机硅胶黏剂的特性

1.2.1 固化机理

1.2.2 加成型有机硅胶黏剂的特点

加成型有机硅胶黏剂的优点：可快速固化，固化速度可通过温度调节；固化不需要水汽；可以用于开放系统，也可以用于密闭系统；无副产物产生，不会腐蚀基材。

表3 不同缩合型有机硅胶黏剂的性能比对

表4 单/双组分缩合型有机硅胶黏剂的固化性能

加成型有机硅胶黏剂的缺点：催化剂易中毒，如磷、硫、氮、水、有机金属盐等；需较高的温度（＞100℃）才能获得较好的粘接性能；单组分产品需储存在冰箱中。

加成型有机硅胶黏剂同样分为单组分及双组分两类，固化性能如表5所示。

表5 单/双组分加成型有机硅胶黏剂的固化性能

1.3 有机硅胶黏剂在ECU单元粘接、加固上的应用

发动机模块或壳体密封材料一般选择低流动型材料，或者具有触变性，但粘接性和抗拉强度要求较高的材料，胶黏剂通常选择迈图TSE322等高温固化有机硅胶黏剂。目前，迈图TSE3854DS、信越KE-4928、道康宁7091等有机硅胶黏剂固化工艺更为简单——室温/室温湿气固化、可手工点胶，加上价格低廉、运输及储存成本较低等优势，已成为汽车ECU单元粘接和加固的新兴材料。

1.4 有机硅胶黏剂在ECU单元灌封中的应用

有机硅灌封胶黏剂的极低应力，良好的绝缘、防潮性能使得其成为汽车电子中主要的灌封保护材料。保护发动机控制模块便是其中最典型的应用，博世、联合汽车电子有限公司、德国大陆集团、日立等公司过去普遍采用单组分高温固化加成型有机硅胶黏剂作为ECU单元的灌封材料，单/双组分室温固化缩合型有机硅胶黏剂凭借粘接强度高、自流平性好、无需热烘道、无需冷链运输、保质期长、价格便宜等优点，已成为ECU单元灌封材料的新宠，道康宁EG4234、迈图 TSE397、信越 KE-4920、瓦克 616 等都是不错的灌封材料。

2 使用有机硅胶黏剂的注意事项

2.1 粘接性

胶黏剂良好的粘接性能能够保证汽车电子的气密性，若粘接性能不好，电控单元会出现漏水、短路、控制单元失效等情况，这将严重影响汽车的使用。表6列举了有机硅胶黏剂对几种主要汽车ECU单元用基材的粘接性能。

表6 有机硅胶黏剂对汽车ECU单元用主要基材的粘接性能

2.2 选择有机硅胶黏剂的工艺要求

2.2.1 应用体系

开放体系可选择加成型或缩合型胶黏剂；密闭系统选择加成型胶黏剂。

2.2.2 黏度选择

边框密封宜选择半流动或不流动 （点胶）胶黏剂；用于涂层防护时，优选极易流动（喷涂或淋涂）的胶黏剂；灌封时首选流动性能（自流平性）好的粘接胶。

2.2.3 固化条件

要求快速固化时选择加成型胶黏剂；室温固化可选缩合型或加成型胶黏剂。

2.2.4 操作条件

操作时间需结合实际的要求选择所需的表干时间和活化期。

2.2.5 点胶设备的匹配性

有机硅胶黏剂还需检验其与点胶设备的匹配性，特别是双组分粘接胶的计量系统、混料系统。

2.2.6 性能验证

选择有机硅胶黏剂产品时，使用前对其进行粘接性、热老化和气密性等试验[10]。

2.3 性能要求

选择有机硅胶黏剂需要结合硬度、固化深度、外观、拉伸强度、断裂伸长率、粘接强度、抗撕裂强度、耐温性能、耐油耐溶剂性、阻燃性能、导热性能、电性能、剥离性能、低挥发组分含量等要求。

3 结语

经过近30年的发展，我国汽车胶黏剂的品种已经比较齐全，一些技术难度相对较高的汽车用胶在主要品种上已基本可以满足要求。单/双组分室温湿气固化脱醇缩合型有机硅胶黏剂健康、环保；对金属材料（例如镍、锡、金、银、铜）完全无腐蚀；具有更广泛的模量调节范围，适合更多使用环境；对塑料基材的粘接性能持久、透明产品耐黄变能力强；温度适用范围更宽，在-60～200℃多次交变后其密封及粘接性能不受影响；保存期长（常温12～18个月）。因此，该类胶黏剂逐渐成为汽车ECU密封材料的首选。然而室温固化时间较长（2～3 h以上）、空气湿度对固化程度影响较大、仅可用于薄层 （一般≤6 mm）固化、粘接面的结构要求较为苛刻（不可用于密闭环境下固化）、机械强度较低等因素制约着它们的广泛应用，需要进一步改善和提高。

[1]高春雨.我国车用改性塑料的发展趋势 [J].上海塑料，2017(2):1-6.

[2]周汉武.试论ECU及其在汽车发动机电子控制系统中的作用 [J].数字技术与应用，2009(10):102-103.

[3]汪多仁.有机硅密封胶的合成与应用 [J].建筑人造板，1998(3):18-20.

[4]叶青萱.近年胶粘剂发展特征 [J].化学推进剂与高分子材料，2001(5)：18-21.

[5]罗刚.电子器件灌封材料的现状与发展趋势 [J].实验科学与技术，2010，8(3)：20-22.

[6]黄月文.有机硅胶粘剂[J].化学与粘合,2001(1)：25-30.

[7]苗蓉丽，殷胜昔，朱锋.室温硫化有机硅粘合剂的应用与研究进展 [J].中国胶粘剂，2004，13(4):51-54.

[8]罗文员，邱祖民.有机硅密封胶硫化体系的研究进展[J].现代化工， 2013，33(4):42-46.

[9]CHEN D Z，YI S P,FANG P F， et al.Synthesis and characterization of novel room temperature vulcanized(RTV)silicone rubbers using octa[(trimethoxysilyl)ethyl]-POSS as cross-linker[J].Reactive and Functional Polymers，2011，71(4):502-511.

[10]任小军，张强，温旭东，等.有机硅密封胶在汽车车灯上的应用 [J].汽车工艺与材料，2013，（8）： 53-54.