缩合型有机硅电子灌封材料之固化体系研究

    缩合型有机硅电子灌封材料之固化体系研究
    （1.茂名学院，广东茂名525000；2.仲恺农业工程学院，广东广州510000）
    钟冬晖1，崔少伟2，向洪平2，葛建芳2
    [摘要]以二丁基二醋酸锡(D-70)为催化剂，分别以二甲基二乙氧基硅烷、三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、硅酸乙酯-40 (Si 40)及其混合物作为固化剂，比较了不同固化剂对硅凝胶表干时间和硬度的影响。结果表明，室温下采用三乙氧基硅烷固化速度很慢，而采用正硅酸乙酯和正硅酸乙酯低聚物Si 40时固化速度相近，凝胶硬度也相差不大。对混合固化剂来说，二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸乙酯配伍较好（质量混合比例在1左右）。该催化固化体系可用于快速电子灌封凝胶的制备。
    [关键词]硅橡胶；灌封；催化剂；固化剂
    [中图分类号]TQ 314.256[文献标识码]A[文章编号]1003-5095(2010）01-0031-04
    电子灌封就是把构成电器件的各部分按规定要求合理布置、组装、键合、连接与环境隔离和保护等操作工艺，以防止水分、尘埃及有害气体对电子元件的侵入，减缓震动，防止外力损伤，并稳定元件参数[1]。例如，户外工作，舰船舱外的电路板为了防止湿气、凝露、盐雾对电路的腐蚀，需要对电路板进行灌封；为提高海上工作的电子设备的三防性能，所有的变压器、阻流圈，都要求灌封、裹覆、包封或封端；为提高机载、航天电子设备抗震能力，对某些电路板需要进行固体封装或局部加固封装;某些电缆插头座，防止焊点腐蚀或折断，需要灌封。电子工业中常用的灌封材料有环氧树脂、聚氨酯和有机硅弹性体等高分子材料。
    有机硅灌封材料又分为加成型和缩合型两种。缩合型有机硅灌封材料系以端羟基聚二有机基硅氧烷为基础聚合物，多官能硅烷或硅氧烷为交联剂，室温下遇湿气或混匀即可发生缩合反应，形成网络状弹性体。因其特殊的主链结构而具有耐高低温、电绝缘、耐候等一系列优良性能，在高科技领域具有显著的研究潜力和极大的应用前景。本实验用二甲基二乙氧基硅烷、三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、Si 40及其混合物作为固化剂[2-10]，以D-70为催化剂，比较不同固化剂对硅凝胶表干时间和硬度的影响，以期改进硅凝胶的固化体系，制备性能良好的电子灌封凝胶材料。
    1实验部分
    由于催化剂的种类和用量对表干时间的影响很大，当硅凝胶(107胶)用量为20 g时，通过实验比较了D-70、D-80和辛酸亚锡3种催化剂[11,12]的凝胶表干时间，结果使用D-70的表干时间最短，D-80次之，辛酸亚锡最慢。所以应选择的催化剂是D-70，其用量应在0.2%～0.6%。
    1.1实验原料与试剂
    l07胶（基胶）:室温硫化型，上海树脂厂；二丁基二醋酸锡（D-70）:分析纯，中国医药集团上海化学试剂公司；二甲基二乙氧基硅烷:分析纯，吉林新亚强生物化工有限公司；三乙氧基硅烷:分析纯，常熟市中杰化工有限公司；正硅酸乙酯(TEOS):分析纯，天津市化学试剂一厂；Si 40:分析纯，天津市化学试剂一厂。
    1.2主要仪器与设备
    JA 2003型电子分析天平,上海精科天平；LX-A 型邵氏橡胶硬度计，上海精密仪器仪表有限公司。
    1.3操作步骤
    1.3.1混合固化剂实验
    称取7份20 g 107胶；分别抽取二甲基二乙氧基硅烷1.3、1.2、1.0、0.7、0.4、0.2、0.1 g；其对应的正硅酸乙酯为0.1、0.2、0.4、0.7、1.0、1.2、1.3 g，加入到上述107胶中;各加入0.3%催化剂D-70；快速搅拌均匀，记录表干时间;用Si 40取代正硅酸乙酯，按上述步骤进行操作;再用三乙氧基硅烷代替二甲基二乙氧基硅烷，按上述步骤操作；把所制得的硅橡胶样品室温放置7 d，统一测其硬度（按GB/T 531-1999 测定）；每个胶块重复测试3次，记录数据，取平均值。
    2实验结果与讨论
    2.1不同种类固化剂对表干时间的影响
    2.1.1二甲基二乙氧基硅烷相对用量在0.5%～ 20.0%范围内均不固化。2.1.2固化剂三乙氧基硅烷对表干时间和硬度的影响从表1可看出随着三乙氧基硅烷相对用量的增加，表干时间越来越短，硬度越来越大。但用量过多时，胶块表面形成一层脆的薄层，容易被击穿。

    2.1.5固化剂相对用量对表干时间的影响图1是固化剂相对用量对表干时间的影响，从图 1可知，三乙氧基硅烷的表干时间最长，即固化速度最慢。而在0.5%～2.5%范围内Si 40的固化速度比正硅酸乙酯慢，但在2.5%后，两者几乎重合，在19%后Si 40的固化速甚至超过正硅酸乙酯。

    从表4可看出随着二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸乙酯比例的增大，表干时间越来越长。在比例为1 以下时，表干时间变化不大。随着二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸乙酯比例的增大，硬度越来越低。但在2.5～7范围内反而增大。
    2.1.8固化剂二甲基二乙氧基硅烷与Si 40混合对表干时间和硬度的影响(表5)

    从表7可看出随着三乙氧基硅烷与Si 40比例的增大，表干时间越来越长。在比例为0.5以下时，表干时间变化不大。在0.1%～1%范围内及3以后硬度随三乙氧基硅烷与Si 40比例的增大而减小，而在 1%～3%范围内硬度随三乙氧基硅烷与Si 40比例的增大而增大。
    2.1.11混合固化剂比例对表干时间的影响(图3)

    从图4可看出，在混合比例为1～2范围内，三乙氧基硅烷混正硅酸乙酯的硬度最大，三乙氧基硅烷混 Si 40的次之，甲基二乙氧基硅烷混正硅酸乙酯的排第三，二甲基二乙氧基硅烷混Si 40的最软。混合比例为2～6范围内，三乙氧基硅烷混Si 40的硬度最大，三乙氧基硅烷混正硅酸乙酯的次之，二甲基二乙氧基硅烷混正硅酸乙酯的排第三，二甲基二乙氧基硅烷混Si 40的最软。
    3结论
    催化剂D-70用量为0.3%时，使用单一固化剂，室温下，二甲基二乙氧基硅烷难以固化，三乙氧基硅烷固化速度很慢，而正硅酸乙酯和Si 40固化速度差不多，而且硬度也相差不大。
    催化剂D-70用量为0.3%时，使用混合固化剂，二甲基二乙氧基硅烷的混合固化剂固化速度要比三乙氧基硅烷混合固化剂的快，正硅酸乙酯混合固化剂固化速度要比Si 40混合固化剂的快。所以二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸乙酯混合效果比较好。在实际操作中，固化剂用量太少，则难以固化，用量过多，固化过快，不利于底层固化和灌封作业。综合考虑固化速度和硬度，使用单一固化剂时，正硅酸乙酯和Si 40的合理的固化剂用量应在10%左右，使用二甲基二乙氧基硅烷与正硅酸乙酯混合固化剂的混合比例应在1左右。
    [参考文献]略