周 健，曹 鹤，胡志国，王红娜，刘盛楠

(1.河北省有机硅新材料工程技术研究中心，河北 唐山 063305；2.唐山三友硅业有限责任公司，河北 唐山 063305)

近年来，随着有机硅的各项优异功能的陆续开发，有机硅行业迎来了新的迅速发展期，成为除C-C聚合物以外产业链最为完善的工业体系[1]。有机硅电气封装胶主要应用于电路板、电气元器件、LED电源、面板的灌封。有机硅封装胶可有效保护元器件和整机，使其避免大气中水气、杂质及各种化学气氛的污染和侵蚀。有机硅材料具有优异的介电性能、耐候性好、耐高低温性能优异以及防水性能良好等优点。选择适当的有机硅原料和加入功能性填料不仅能够大幅增加有机硅材料原有的性能，充分发挥材料的特性，并且能赋予材料新的特性。

石英粉、钙粉、氧化铝粉、氢氧化铝粉末等是制备灌封胶常用的填料，其中石英粉具有堆积密度低，介电性好等优点，并且能够较大幅度提高灌封胶的导热系数。作为补强填料，石英粉的粒径和杂质含量对灌封胶的力学性能、介电性能，导热性等均有影响，填料的粒径还会影响灌封胶的储存稳定性和应用性。本研究通过选择低杂质含量的石英粉，并实验确定最佳的石英粉填料粒径范围，在此基础上，优选特定结构和含氢量的侧链含氢硅油，改善灌封胶固化后形成的交联体系，制备出了具有高导热、低密度、高强度和优异介电性能的电气零部件灌封胶。

1 实验

1.1 实验原料

端乙烯基硅油，自制，黏度500cs，乙烯基含量0.41%，挥发份≤1%；侧链含氢硅油，自制，挥发份≤1%；石英粉，浙江联瑞新材料有限公司；铂催化剂，Genesee Polymers Corporation，含量1%；乙烯基环体(VMC)，广东翁江试剂公司。

1.2 主要设备和仪器

DLH-5动力混合机，佛山市金银河智能装备有限公司；QLB-50平板硫化机，无锡市第一橡塑有限公司；真空干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；拉力机，高铁检测仪器有限公司；硬度计，高铁检测仪器有限公司；BEST-212体积表面电阻率测定仪，北京北广精仪仪器有限公司；BDJC电压击穿试验仪，北京北广精仪仪器有限公司；GT-300A比重计，高铁检测仪器有限公司；热常数分析仪，HOT DISK。

1.3 试样制备

1.3.1 侧链含氢硅油的制备

二甲基硅氧烷混合环体(DMC)、高含氢硅油(MD64HM)与六甲基二硅氧烷(MM)，按比例混合，升温至40～100℃，加入2%～10%酸性白土，进行调聚反应，黏度稳定后反应结束，过滤后升温至140～180℃，氮气鼓泡，真空-0.08MPa，脱低4～10 h，制备挥发分≤1%的硅氢交联剂产品。

1.3.2 灌封胶制备

A组分胶料配制：按配比加入端乙烯基硅油，分批次加入石英粉，在动力混合机中混合，升温至60～120℃，抽真空脱出水分和小分子，搅拌2h。真空搅拌下将母料冷却至40～50℃，破除真空，向搅拌缸内加入一定量的铂催化剂混匀，A组分胶料配制完成。

B组分胶料配制：按配比加入端乙烯基硅油，分批次加入石英粉，在动力混合机中混合，升温至60～120℃，抽真空脱出水分和小分子，搅拌2h。真空搅拌下将母料冷却至40～50℃，破除真空，向搅拌缸内加入硅氢交联剂，架桥剂，炭黑和甲基乙烯基环体(VMC)，混匀，B组分胶料配制完成。

1.4 性能检测

A、B组分按质量比1∶1混合，真空脱泡20min，在模具内150℃加压固化，硫化时间25min，制成规定尺寸的胶片。

各项性能均按照国家标准进行检测。

2 结果与讨论

2.1 石英粉填料对灌封胶性能的影响

2.1.1 粒径对灌封胶性能的影响

使用500cs的端乙烯基硅油与不同粒径的石英粉按照相同的比例混合，其他原料的添加量相同，对比各组胶料的性能差异，实验结果见表1。

表1 石英粉粒径对胶料性能的影响

表1(续)

石英粉填料对有机硅聚合物的相互作用为化学键合，范德华力或两者的混合作用 ，填料的补强作用主要由粒子粒径大小、颗粒性状、粒子聚集体和凝聚体的程度及结构等因素决定[2]。

由表1可知，在灌封胶体系中大粒径的石英粉颗粒(≥50μm)，比表面积小，颗粒与颗粒，颗粒与硅油分子间的相互作用变弱，石英粉颗粒在硅油中的分散性变差，石英粉颗粒以近似单颗粒的状态存在，由于存在密度差，颗粒逐渐下沉，宏观表现为粉料沉降，胶料的应用性能变差；石英粉粒径过小(≤0.5μm)，微粒的比表面积大，颗粒间表现出较强的吸附作用，颗粒以大的团簇形式存在，增稠作用明显，胶料黏度明显增大；石英粉粒径在3～15μm范围内补强效果最好，允许有较高的添加量，且胶料具有较好的流动性。

2.1.2 杂质含量对电性能的影响

表2 石英粉中的主要杂质及其含量

如表2所示，石英粉中的主要成分为二氧化硅，含量能够达到98%以上，纯度较高的石英粉中二氧化硅的含量在99%以上。石英粉中的杂质主要为三氧化二铝和三氧化二铁等，金属氧化物杂质在电场的作用下容易形成杂质小桥[2]，使胶片的体积电阻率降低，更容易在高电压下被击穿。

2.2 侧链含氢硅油对灌封胶性能的影响

合成结构为MD25D10HM 、MD12D5HM 、MD40D5HM、MD80D10HM的侧链含氢硅油，对应的含氢量分别为0.38%、0.38%、0.16%，0.16%。SiH∶SiVi为1.5∶1，填料的加入比例为65%,其他的实验条件均相同。

表3 侧链含氢硅油对灌封胶性能的影响

石英粉的添加量达到一定程度后，封装胶体系中已经形成有效的导热网络[3]，再多添加对导热系数的影响不大，反而会降低胶料的流动性。

由表3可知，各组实验添加相同的石英粉，含氢量较高的含氢硅油能够增加体系的交联密度，提高灌封胶的强度；含氢量低，需要加入更多的硅油，有助于降低胶料的黏度，但含氢量低，灌封胶固化后的交联密度低，强度差；链节数少的含氢硅油，黏度低，使用低黏度的侧链含氢硅油有利于降低胶料的整体黏度，改善其流动性。

3 结论

(1)作为灌封胶的补强填料，石英粉最佳的粒径范围为3～15μm，纯度高的石英粉，SiO2含量为99%以上，利于灌封胶的介电性能。

(2)选择结构为MD25D10HM，含氢量为0.38%的侧链含氢硅油，胶料具有较好的强度和导热性，胶料的流动性好。