107胶的黏度对酸性硅酮胶的性能影响

2021-10-17陈炳耀彭小琴全文高李志林

化学与粘合 2021年5期

潘聪，陈炳耀，彭小琴，全文高，李志林

（1.广东三和化工科技有限公司，广东中山528429；2.广东三和控股有限公司，广东中山528325）

前言

从20世纪90年代中期开始,缩合型单组份硅酮胶开始在中国的建筑和电子电器等行业被大量使用[1],缩合型单组分室温硫化硅橡胶一般具有良好的粘接性能，因此经常被用于粘接、密封、灌封、浇注成型等,在机械电子等行业有大量应用[2]。通过空气的水分，单组分缩合型室温硫化硅橡胶发生硫化化学反应。在硫化过程中释放出的副产物，根据官能团分类，可将其划分为脱酸、脱醇、脱酮肟、脱丙酮等硅酮胶[3]。107胶，它的化学名称是羟基封端聚二甲基有机硅氧烷，在室温的条件下不需要加热就可以让硅橡胶交联硫化反应，这是107胶的最为优异的特点，方便使用。因此，107胶的问世就成为有机硅产品系列中至关重要的一部分[4]单组分硅酮胶在绝对干燥密闭条件下不发生交联反应有一定的流体性能，但暴露于空气时单组分硅酮胶需要借助空气中的水分固化[5]。107胶是硅酮胶的主体，是硅酮胶整体重量的60～90%，影响硅酮胶的力学性能。耐寒性、耐热性是硅酮胶的优点，因为低黏度的107胶的羟基含量高，所以用低黏度107胶制造出的硅酮胶黏度低和流动性较好，这种硅酮胶的交联密度较高，其固化后，硬度和拉伸强度高。但如果使用高黏度的107胶制的硅酮胶，其力学性能表现较好。因此无论是从施工工艺考虑，还是从硅酮胶综合力学性能考虑，对比所使用107胶黏度以及固化后综合力学性能，基础胶107胶的黏度都会有一个最适合的值[6]。

1 实验

1.1 主要实验原料及设备

10000mPa·s和80000mPa·s羟基封端聚二甲基硅氧烷、白油、气相法二氧化硅、D-18醋酸型交联剂、二丁基二月桂酸锡、偶联剂550、偶联剂560。

主要实验设备：NYXJ-30双行星搅拌机，LX-A邵氏硬度计，YHG-9055A鼓风干燥箱，拉力试验机等。

1.2 表干时间的检测

参照GB/T13477.5-2017中的《建筑密材料试验方法第5部分:表干时间的测定》方法，将样品挤出在试验板，立即计时，通过手指端部触碰样品上的不同部位，记录样品不粘手指端部的时间。

拉断伸长率、100%定伸、模量、拉伸强度：参照标准GB/T528－2009中的《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》测试内容，将标准试样片放在拉力试验机进行拉伸测试[7]。

邵尔A硬度：按照GB/T531.1-2008中的《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法：邵氏硬度计法》测试方法，先将试样挤在特定的方格，然后在恒温恒湿的条件下养护7d，最后在密封胶试样的3个不同位置，使用邵氏A硬度计测出多组数据，计算试样的硬度平均值[8]。

1.3 酸型硅酮胶的制备

将5种比例混合107胶（质量比为0∶100、25∶75、50∶50、75∶25、100∶0）加入双行星搅拌机中，在真空条件下高速搅拌，使物料搅拌均匀；搅拌5min后，添加交联剂继续在真空环境高速搅拌；加完交联剂的15min后，气相法二氧化硅逐步加入，调高转速，使体系中的气相法二氧化硅搅拌均匀。最后催化剂二丁基二月桂酸锡加入体系中，在真空条件下搅拌25min，即可装胶[9]。

2 结果与讨论

2.1 混合的107胶对酸性硅酮胶表干时间影响

表干时间是研究硅酮胶性能的重要指标之一，在本试验中，混合不同黏度的107胶制成样品，检测各个密封胶表干时间数据，其中图1为混合不同比例107胶所制的酸型硅酮胶表干时间测试对比。

图1 混合的107胶对酸性硅酮胶硬度性能影响Fig.1 The effect of mixed 107 glue on the hardness performance of acid silicone glue

表1 混合的107胶对硅酮胶表干时间的影响Table 1 The effect of mixed 107 glue on the surface drying time of silicone glue

从表干时间考察了混合两种黏度107硅橡胶所制得硅橡胶对硅酮胶胶黏剂的工艺性能的影响。其它组分不变时，体系的黏度取决与107胶的黏度，体系的黏度会随着高黏度107胶使用比例增加而增加，但是体系黏度过高时，硅酮胶胶黏剂的表干时间会明显缩短。

2.2 混合的107胶对酸性硅酮胶硬度性能的影响

硅橡胶胶黏剂在固化之后力学性能的重要指标之一是硬度。固化后的硬度会显著影响胶粘剂的实际使用范围。由于工程建筑的结构和性能的需求，硅酮胶需要硬度值较大；但是提高硅酮胶硬度的同时，又会是动态疲劳性能下降的主要原因[10]。因此，相关的应用场景需要根据实际情况来控制硅酮胶的硬度。

如图1，随着80000 mPa·s107胶使用比例的提高，制备的硅酮胶的硬度会随之降低。因为低黏度的107胶的羟基含量较高，固化后的硅酮胶会有着较高的交联密度，从而获得较高硬度的硅酮胶。

2.3 拉伸强度和拉伸延展量

拉伸强度是硅酮胶即将拉断时的变形临界值，拉伸延展量是指即将拉断时的硅酮胶的位移值与原长度的比值，具有较大的伸长率意味着硅橡胶在拉断时有一定单向伸长，不会立即断裂，拉伸强度和拉伸延展量的大小表现出胶黏剂在使用时的力学性能。

表2 拉伸强度和拉伸延展量Table 2 Tensile strength and tensile elongation

当10000mPa·s107∶80000mPa·s107质量比为75∶25即3∶1时，硅酮胶的强度达到最大值。80000mPa·s107胶的比例继续增加时，硅酮胶的拉伸强度开始下降，这是因为硅橡胶的黏度过高时，硅橡胶的流动性变差，脱泡性能受到影响，最终由于气泡的存在，影响了硅酮胶的拉伸强度。而随着继续增加80000mPa·s107胶，固化后的硅橡胶胶黏剂的拉伸延展量会提高，出现这一现象的原因是分子量大的107胶往往具有更高的断裂伸长率。