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户外像素管软质灌注胶的研制与应用 常熟佳发化学有限责任公司 采用脂环族环氧树脂、柔韧性环氧树脂、改性脂环胺类固化剂为主要原料，研制出户外像素管灌注软胶，产品具有耐紫外线辐照、耐冷热冲击、粘接性好等特点。介绍其制备方法、性能及应用 关键词: 脂环族 环氧树脂 像素管 灌封胶 近年来，随着国家经济建设的飞速发展,户外电子显示屏的需求量急剧增加。如今,当你无论是飞驰在高速公路还是驻足在车站码头,或是留连往返于城市街区,都可看到电子显示屏那熟悉的身影。她,带给您亲切的问候,提醒您注意安全,传递您各种有用的信息，成为我们生活中一道亮丽的风景线。作为显示屏的发光器件—像素管，是由多个发光二极管（LED）组合装配于塑料壳中，再以绝缘胶封装的发光模块。由于像素管一般工作在户外环境，需要耐受严寒与酷暑，长期日晒与雨淋，因此对封装胶的要求比较苛刻，要求灌胶对LED发光管（通常用环氧树脂封装）与塑料壳体间具有良好粘接性，耐湿热老化、耐冷热冲击、耐紫外线长期辐照，不粉化开裂。否则，一旦出现裂纹，就可导致雨水渗漏，引起短路，使像素管无法正常工作；考虑到一旦需要翻修，胶层还应有柔软性，可以拆除。目前，这类灌注胶生产厂主要有日本东芝、台湾力上、惠利等［1］，使用结果都有不尽人意之处。其所用材料有硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂等。但这些材料都有各自的不足，硅橡胶虽有柔软性好、耐紫外线辐照的优点，但粘接性差，在温度应力交变作用下，可导致结合面开裂渗漏；聚氨酯虽柔软性好，但对湿气敏感，操作工艺性差；环氧树脂具有优良的粘接性与耐腐蚀性，但普通环氧固化物硬脆，不能满足要求，通常需加入增塑剂使之变软以改善耐开裂性，可是，增塑剂的加入使固化物强度降低，耐介质性变差［2］；更重要的是，普通环氧中存在苯环双键，导致耐紫外线能力差，长期工作，可出现失光粉化龟裂［3］。针对像素管灌胶存在的问题，采用我公司开发的新型环氧树脂与固化剂，研制出一种全新的环氧灌封胶，满足了像素管灌胶综合性能的各种要求。 1．实验部分 1． 1实验原料 脂环族环氧树脂JEw-0111, 环氧值:0.55mol/100g，粘度:380mpa.s25℃; JEw-0112 ,环氧值:0.53mol/100g， 粘度:850mpa.s25℃; JEw-0121 环氧值:0.45mol/100g ，粘度:4500mpa.s25℃; 常熟佳发化学有限责任公司生产。 柔韧性环氧树脂 JEf-0212 环氧值:0.41mol/100g ，粘度:1100mpa.s25℃; JEf-0240 环氧值:0.30mol/100g ，粘度:6500mpa.s25℃; 常熟佳发化学有限责任公司生产。 改性芳香胺固化剂JH-0432 胺值 450 活泼氢当量 95 ，粘度 800-1500mpa.s25℃; JH-0431 胺值 630 活泼氢当量 75， 粘度 500-800mpa.s25℃; 常熟佳发化学有限责任公司生产。 改性脂肪胺固化剂 JH-0112 胺值 610 活泼氢当量 73，粘度 520mpa.s25℃; JH-0212 胺值 705 活泼氢当量 71，粘度 680mpa.s25℃; 常熟佳发化学有限责任公司生产。 改性脂环胺固化剂 JH-0312 胺值 455 活泼氢当量 100，粘度 650mpa.s25℃; JH-0321胺值 780 活泼氢当量 69 ， 粘度 360mpa.s25℃ 常熟佳发化学有限责任公司生产。 高色素炭黑， 美国卡博特公司 1． 2实验仪器 电动搅拌机机JB-50D 上海标本模型厂 橡胶硬度测试仪 LX-A 上海六菱仪器厂 三辊研磨机 江苏东鹏机械厂 DSC热分析仪,美国PE公司 1. 3试验方法 将高色素炭黑加入到脂环族环氧树脂中进行搅拌分散,在三辊研磨机进行研磨,制得色浆；将制得色浆加到脂环族环氧树脂、柔韧性环氧树脂中,加入适量流平、消泡剂,进行高速搅拌分散成为A组分。将A组分与固化剂B组分按比例搅拌混合5-10分，混合均匀后灌注于像素管，按规定的固化条件进行固化。 2．实验结果与讨论 2．1.主体灌封材料环氧树脂A组分的选择 环氧树脂具有优异的粘接性与耐化学性，可用多种固化剂固化，配方调节余地大。针对像素管所要求的户外特性，选择分子结构中不含苯环的脂环族环氧树脂可以满足其耐紫外线辐照的要求。固化工艺性方面，由不饱和烃过氧化制得的环上带环氧基的脂环族环氧树脂反应活性低，与胺类固化剂在低温下难以反应，其高温固化物硬脆，也不能满足要求。因此，选择脂环族缩水甘油醚（甘油酯）型环氧树脂具有较好的反应活性，可实现低温固化［4］。为达到柔软性与粘接要求，添加部分能参与交联网络形成的柔韧性环氧树脂，这样既可保证灌注料的耐紫外辐照性，又能满足其耐冷热冲击、耐化学腐蚀的要求。三种脂环族环氧树脂比较,JEw-0111粘度较低,有利于灌注消泡,但固化物延伸率低,加入部分柔韧性环氧树脂使延伸率大幅度提高硬度降低,符合软胶的要求.。不同环氧树脂与改性脂环胺类固化剂的固化物性能如表一，较理想的结果为配方4。 表一、不同环氧树脂与改性脂环胺类固化剂的固化物性能 项 目 配方号 1 2 3 4 5 6 配方重量比 脂环族环氧JEw-0111 100 60 脂环族环氧JEw-0112 100 70 脂环族环氧JEw-0121 100 70 柔性环氧JEf-0212 30 30 柔性环氧JEf-0240 40 改性脂环胺JH-0312 50 45 40 40 35 35 性能 A组分粘度mpa.s25℃ 450 640 2800 850 1300 2100 凝胶时间40℃100g h 1.5 1.2 1.6 2 2 2.5 表干时间40℃ h 3 2.5 3 3.5 3.5 4 固化物硬度邵氏 80 85 75 55 60 65 玻璃化温度℃ 65 70 75 35 40 45 断裂伸长% 18 15 14 110 95 80 2..2.固化剂B组分的选择 根据灌封工艺要求,灌注胶配制后,要有一定的可使用期,固化物表面光亮,无气泡.因此,要求灌注胶粘度低,一方面可使灌胶顺利进行,另一方面,有利于充分排泡。固化温度与时间，固化温度太低，固化速度慢，有利于流平消泡，但生产效率低；固化温度高，反应速度快，生产效率高，但温度太高，塑料外壳易产生变形，且固化太快，易爆聚，不利消泡，表面流平效果差；因此，选择固化温度在40-70℃，时间在2-6小时较为合适。除固化速度外,作为户外使用灌封胶,固化剂还应考虑其紫外线能力,显然,芳香胺与酚醛改性胺类固化剂不能满足要求。此外，对固化物表面，要求平整、光亮、无油面，一般脂肪胺固化剂易于吸湿、表面易产生发白与油面现象，因此，选择改性脂环胺固化剂较为理想。各种固化剂使用效果的对比如表2。 表2.固化剂种类对灌胶性能的影响 固化剂名称 用量（对A组分100分） 凝胶时间hr（100g） 固化物硬度 邵氏 固化物表面状况 25℃ 40℃ 改性芳胺JH-0431 30 4 2 75 光亮无油面无气泡 改性脂肪胺JH-0112 30 2 1 35 轻微油面，少量气泡 改性脂肪胺JH-0212 35 2．5 1．2 38 轻微油面，无气泡 改性脂环胺JH-0321 30 3 1．5 45 光亮无油面，少量气泡 改性脂环胺JH-0312 35 4 2 40 光亮、无油面、无气泡 2.3灌注与固化工艺 将待灌注LED发光管、线路板经表面处理、干燥后装配于塑料外壳。将树脂A、固化剂B按计量比搅拌混合均匀后，进行灌注，有条件最好用真空、机器灌注，也可用针筒手工灌注，为防止漏胶，可在背面打少量底胶加温凝胶后再灌正面，灌好后，静置15-30分使其排泡，然后放进固化炉进行固化。 2．4．固化物性能 研制的灌注胶固化后进行了人工加速老化实验、耐冷热冲击、及蒸煮实验测试结果如表3。 表3.灌注胶性能测试结果 序号 测试项目 单位 测 试 方 法 测 试 结 果 1 耐紫外线加速老化 GB/T1740 800小时以上无粉化失光 2 耐冷热冲击 40-80℃1小时 6次循环通过 3 48小时蒸煮 无开裂、点亮正常 4 玻璃化温度Tg ℃ DSC 12 5 延伸率 % GB1040-79 112 6 硬度shore D 橡胶硬度计法 45 7 吸水率 100℃×24小时,% 0.2 8 体积电阻 Ωcm GB/T1408-89 2×1016 2． 5产品应用 研制的户外像素管软质灌注胶已投入大批量使用，运用于华东、华南、华北、西南、东北等地高速公路显示门架、城市街区、道路、车站信息标牌显示，经过了三年多的运行考验，性能仍完好如初。除像素管外，该胶还可用于户外使用及对冷热冲击性能要求较高的电子元器件的绝缘灌封、粘剂等方面。 3．结论 采用以脂环族缩水甘油醚型环氧树脂、柔韧性环氧树脂、改性脂环胺固化剂为主要成分的户外像素管软质灌注胶具有良好灌注操作工艺性，固化物具有良好耐紫外线辐照、耐冷热冲击性、对塑料壳体与发光二极管均具有良好粘结性，完全可满足户外像素管及其他户外电子元器件对绝缘灌注胶的要求。 致谢：本产品研制过程中得到了上海三思科技发展公司的大力支持与帮助，提供了部分测试结果与改进建议，在此谨表感谢！ 参 考 文 献 1． 杨裕镜，环氧树脂在电子工业方面的应用，2000年中国环氧树脂及应用技术国际会议论文集，2000年10月北京 2． Clayton A. May Epoxy resin chemistry and technology 1988, NEW YORK MARCEL DEEKER INC 3． 梁平辉 侧链型脂环族环氧树脂的合成与应用，涂料工业，1999年11月 4． 梁平辉，韧性环氧树脂配方设计、性能与应用，第九次全国环氧树脂应用技术学术交流会论文集2001年洛阳。 Preparation and application of soft potting gum for the outdoor picture element tubes pinghui liang changshu jiafa chemistry Co；Ltd. (Changshu Jiangshu PR. China 215533) key words：alicyclic epoxy resin potting gum picture element tubes Adopting alicyclic epoxy resin ，flexible epoxy resin and modified alicyclic amine curing agents as the mainly materials ，the soft potting gum for the picture element tubes used in outdoor was obtained. It has many advantages such as UV-resistance, temperature impact resistance and good adhesive to LED tubes and plastic shells.. The process, the properties and the applications were introduced in this paper. Key words: epoxy resin, potting gum, picture element tube, alicyclic