无卤素自流平阻燃电子硅酮胶的研制

2021-05-25徐尚仲陈炳耀姚荣茂彭小琴全文高

建材发展导向 2021年4期

徐尚仲，陈炳耀，姚荣茂，彭小琴，全文高

（1.广东三和控股有限公司广东中山 528325）

（2.广东三和化工科技有限公司广东中山 528429）

0 引言

家电、手机、电脑等电子行业迅速发展，电子操作面等精密原件转向高精度、微小型方向发展，对电子防护胶的需求日益多样化，硅酮电子胶迎合市场需求应运而生。但目前市场上的电子胶在阻燃性能方面于需求还有很大差距，因为市场阻燃型电子胶常常采用卤素阻燃剂、三氧化二锑等无机阻燃剂制备，很难达到欧美国家、地区的环保需求，严重限制了电子胶国际化发展。本次试验在自流平型阻燃硅酮电子胶基础上研究，寻找克服硅酮电子胶稠度偏稀、胶浆体系中填料和复合阻燃剂量不足的困境，试验中通过对阻燃剂材料的遴选和复合使用，最终制备出一款不含卤素自流平阻燃型电子硅酮胶。

1 实验部分

1.1 主要原料

α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷（107 硅橡胶），江西星火化工厂；二甲基硅油（100~300mPa·s），道康宁（中国）有限公司；甲基三丁酮肟基硅烷（D-30），湖北新蓝天新材料股份有限公司；硅微粉（工业级），海城越芳矿产粉体制造有限公司；400 目重质碳酸钙，工业级，淄博双威化工有限公司；氢氧化铝填料HJM-10K，工业别，淄博易德业新材料科技有限公司；无卤阻燃剂，工业级，道尔新材料科技有限公司；偶联剂，工业级，湖北新蓝天有限公司；二月桂酸二丁基锡（DBTDL），吉林华信化工厂；改性剂，市售。

1.2 仪器与设备

YSH5L 行星动力混合机，佛山市源圣弘智能装备有限公司；LX-A 邵氏硬度计，上海精密仪器有限公司；CH-10-A 手式百分测厚仪，上海六菱仪器厂；LK-103B 电脑式伺服材料试验机，东莞市力控仪器科技有限公司；NDJ-1 旋转粘度计，上海平轩科学仪器有限公司；QBB 不锈钢比重杯（37ml），上海高致精密仪器有限公司。

1.3 电子硅酮胶制备

首先按照工艺顺序，分别将50~55 份107# 硅橡胶、13-15 份甲基硅油、30~35 份重质碳酸钙以及10~12 份的硅微粉添加到已清洁的真空捏合机中，开启粘合机高速搅拌。捏合机工作过程保持真空度在-0.085~0.092 之间，同时控制料温范围在130~145℃之间。当料温达到110℃之后开始计时，高温透水3.5h 后即可出料，至此半成品研制完成。

然后将上一步研制的半成品加入YSH5L 行星动力混合机中，按工艺顺序加入4 份甲基三丁酮肟基硅烷、30 份阻燃剂、0.4 份偶联剂以及14 份的氢氧化铝，开启混合机搅拌和真空开关，保持全程真空度在-0.085~0.092 之间。最后加入适量的改性剂和0.15~0.25 份二月桂酸二丁基锡，充分搅拌均匀后即可出料封装备用。

1.4 性能测试

表干时间：参照GB/T13477.5-2017《建筑密封材料试验方法第5 部分:表干时间的测定》方法检测，以手指端部慢慢触碰硅酮胶胶条样品各部位，记录手指无粘附试样的时间。

粘度：GB/T10247-2008《粘度测量方法-旋转法》检测，用粘度计检测并读取3 次求平均值，粘度值测量基于表观粘度随剪切速率变化而呈可逆变化。

密度：按照GB/T13477.2-2018《建筑密封材料试验方法第2 部分:密度的测定》检测，将硅酮胶填充到37ml 比重杯中填满（排完空气），根据填充质量计算出密度值。

邵尔A 硬度：根据GB/T531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1 部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》测试，邵尔A 硬度计压在试样3 个不同位置，读取平均值。

拉伸强度、断裂伸长率：根据GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》测试，用拉力试验机将哑铃状或环状标准试片进行拉伸测试。

阻燃等级：按照GB/T2408-2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》中垂直法测试，通过燃烧记录样品余焰和余焰时间、燃烧范围与燃烧颗粒滴落情况，最后评价出样品的阻燃等级。

2 结果与讨论

2.1 阻燃剂的选择

阻燃电子硅酮胶阻燃等级的大小，取决于胶液体系中阻燃剂品种和用量的选择[1]。硅酮胶填料添加的同时限制了阻燃剂用量的选择控制，阻燃剂用量相同的情况下，阻燃剂品种就显得尤为重要。试验过程以氢氧化铝为阻燃剂主要成分，分别将氢氧化铝与十溴二苯醚复合阻燃剂复配、氢氧化铝与APP-I 型阻燃剂和氢氧化铝与APP-2 型阻燃剂复配，作为试验过程制备阻燃电子硅酮胶的3 中阻燃剂。上述3 中阻燃剂所制密封胶性能如表1 所示。

表1 阻燃剂对电子硅酮胶性能的影响

从表1 数据可以看出，阻燃剂用量相同的情况下，阻燃剂品种的变化对硅酮胶粘度、密度、硬度以及拉伸性能影响并不明显，阻燃剂的品种选择对硅酮胶的阻燃等级有直接影响。试验数据发现，氢氧化铝与APP-I 型阻燃剂混合使用的阻燃性能不佳，所制硅酮胶阻燃等级达不到V2；但氢氧化铝与十溴二苯醚、APP-2 阻燃剂复配后的阻燃效果非常好，基本满足阻燃电子硅酮胶的使用需求。

2.2 阻燃剂用量对硅酮胶性能的影响

阻燃剂是决定电子硅酮胶阻燃效果的关键性功能助剂，在阻燃剂品种不变的情况下，阻燃剂原料的用量对电子硅酮胶的阻燃等级起到决定性影响。阻燃剂过多用量会直接影响到电子硅酮胶的力学和理化性能，但如果用量太少又起不到阻燃效果[2]。为了验证阻燃剂添加量对电子硅酮胶性能的影响，试验中保持了其它原料品种用量不变情况下，通过调节APP-2 的添加量研制出5 个试验样品，测试结果如表2 所示。

表2 阻燃剂用量对硅酮胶性能的影响

由表2 数据可以看到，阻燃剂原料APP-2 添加量逐渐增大时，电子硅酮胶的断裂伸长率不断的减小，同时胶粘剂的硬度、拉伸强度等却不断的增强。主要是阻燃剂原料APP-2 用量增加的同时，势必会带动到填料用量的增加，所以最终造成了断裂伸长率减小。结合电子硅酮胶力学性能与阻燃效果综合考虑，APP-2 添加量为55 份较好。

2.3 填料添加量对电子硅酮胶性能的影响

填料在胶粘剂体系中主要起到补强的作用，有效的提升胶液的硬度、黏度、拉伸强度等理化、力学性能。但填料增加量过多时，也会造成胶液流平性、流平性以及阻燃性能的下降。为了探讨出硅酮电子胶填料合适用量，试验选用重质碳酸钙、硅微粉等填料，通过用量调整研制5 个试验样品，电子胶样品性能数据详见表3。

表3 填料对硅酮电子胶性能的影响

从表3 数据可以看到，重质碳酸钙添加量逐渐增加时，电子硅酮胶的表干时间不断的缩少，同时胶粘剂的黏度和拉伸强度却在稳步的提升。这是因为填料本身具备补强、增硬的作用，填料越多胶粘剂越稠，所以表干时间在不断的缩少。结合生产成本与实际需求考虑，试验优选300 份重质碳酸钙，100 份硅微粉作为电子硅酮胶填料，所制胶浆力学性能与理化性能较佳。

3 综合性能

综合以上试验结果发现，电子硅酮胶生产体系中优选APP-2 和氢氧化铝复配成的阻燃剂，所制出的硅酮电子胶不仅具有优异阻燃性能，而且施工更健康和环保[3]。按照试验配方加入400 份增量填料、90 份复配阻燃剂，所制备的阻燃电子硅酮胶不仅具有良好的力学性能，而且流平性与阻燃性表现非常优异，可以广泛的适用于电子、电器配件的密封和粘接。按照试验配方所制电子硅酮胶性能数据结果，详见表4。