端羟基聚丁二烯聚氨酯电器灌封胶的研制

端羟基聚丁二烯聚氨酯电器灌封胶的研制

丁彩凤，吕锡元，李再峰，赵菲，孙学红

（青岛化工学院橡胶新材料所，青岛266042）

摘要：研究了以端羟基液体聚丁二烯（羟丁）和甲苯二异氰酸酯（TDI）为主要原料制备双组份常温固化型电器灌封胶的基本配方，各组分的最佳含量及其对制品性能的影响，并对影响灌封胶的物理性能的各种助剂及其最佳添加量进行了研究。

关键词：端羟基聚丁二烯；电器灌封胶；聚氨酯

中图分类号：TQ323.8 文献标识码：B

羟丁型聚氨酯是继聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯之后新发展起来的一种新型材料。由于它常温下是液体，可用于浇注施工，所以在胶粘剂、浇注弹性体、涂料、密封胶等方面得到广泛应用[1-4]。

羟丁具有优异的电性能，极佳的水解稳定性和耐腐蚀性，用于电器灌封胶有许多优点[5-7]。所以研究羟丁型电脑灌封胶的基本配方，并通过添加各种助剂使电脑灌封剂的性能满足不同的要求是十分必要的。

1．实验部分

1.1．原料和仪器

端羟基液体聚丁二烯（HTPB），工业品，齐鲁乙烯无机化工厂。甲苯二异氰酸酯（TDI8020），工业品，德国进口。N,N’-双（2-羟丙基）苯胺（Isonol-100），工业品，本所自制。2,4-二氨基-3.5-二甲硫基甲苯（DADMT），工业品，辛龙化工厂。甲基磷酸二甲酯（DMMP），工业品，青岛农药厂。邻苯二甲酸二丁酯（DBP），工业品，潍坊化工二厂。碳酸钙、活性氧化锌、钒土均工业品。

NDJ-79型旋转粘度计，同济大学机电厂。XL-A型橡胶硬度计，浙江胡州双林标准计量器具厂。XLD-250型电子式橡胶拉力实验机，上海化工机械四厂。Z36高阻仪，上海第六电表厂、Z46A绝缘电阻测试仪（低阻），上海第六电表厂。

1.2．工艺过程

预聚物的合成：将称量好的羟丁及适量的增塑剂放入三口烧瓶中，在90±5℃下真空脱水2~4h，然后降温至60℃以下，加入计量的TDI，控制反应温度80±5℃，反应2h。

固化剂的制备：将计量的扩链剂及助剂加入三口烧瓶中，90±5℃下脱水2~4h。

灌封胶的制备：将固化剂及预聚物按一定比例混合，充分搅拌后浇注到涂有脱模剂的模具中，放到真空干燥箱内脱气后取出待固化。

2．结果与讨论

2.1．扩链剂的选择

扩链剂是影响灌封胶性能的决定因素，对不同性能要求的灌封胶，要求选择不同的扩链

剂。高强度用DADMT扩链即可；低强度用Isonol-100扩链剂，则可得到弹性较好的灌封胶。

2.2．预聚物中游离异氰酸酯基含量的影响

用羟丁为原料制备电器灌封胶预聚物的基本反应为：

HO—R—OH + OCN—R—NCO →

O

‖

OCN R’—NH—C—O—R……

O

‖

R—O—C—NH—R’ NCO

改变反应中TDI的添加量，即可改变预聚物中-NCO基团的含量，-NCO基团含量对预聚物粘度的影响如图1所示。从图中可以看出，随着-NCO基团含量的增大，粘度急剧下降。这是因为过量的TDI可以起到稀释作用。

图1

图1 -NCO含量与预聚物粘度的关系

-NCO基团含量增大对灌封胶片的力学性能的影响如图2所示。从图中可以看出，无论是用DADMT、Isonol-100还是HTPB作为扩链剂，胶片的拉伸强度均随-NCO基团含量的增大而增强。所以，为了有利施工并得到拉伸强度较高的灌封胶，做预聚物时，可适当增大-NCO 基团的含量。

图

图2 -NCO含量对胶片力学性能的影响

1 –DADMT；2-Isonol-100；3-HTPB

2.3．扩链系数的影响

扩链系数是指实际使用的扩链剂当量与预聚物端基-NCO基团的当量比。扩链系数明显地影响灌封胶片的力学性能。以DADMT做扩链剂，改变扩链系数，结果如图3所示。

从图中可以看出，随着扩链系数的增大、胶片的硬度、拉伸强度均增大。所以可以根据不同的硬度及拉伸强度要求，选择扩链系数。

2.4．阻燃剂的用量

电器灌封胶具有好的阻燃性是十分必要的。所以在实验中要添加阻燃剂。阻燃剂分添加型和反应型两类。本文研究中选用了添加型阻燃剂DMMP[8]。DMMP的添加量对阻燃效果的影响见表1。

图3

图3 扩链系数对胶片力学性能的影响

表1 阻燃剂DMMP用量及效果（预聚物为100g）

DMMP用量/g 0 5 10 15 20

阻燃效果易燃不熄易燃不熄易燃不熄可燃易熄难燃易熄

从表中可以看出，DMMP用量应以每100g预聚物添加20g为宜。

2.5．增塑剂的影响

增塑剂DBP具有良好的低温性能。在灌封胶中使用DBP的作用主要是降低预聚物粘度，改善灌封工艺，并可降低成本。DBP用量对预聚物粘度的影响如图4所示。从图中可以看出，预聚物粘度随DBP用量的增大而剧烈下降。但并非DBP的添加量愈多愈好，因为DBP添加量的增大对灌封胶的力学性能的负面影响，如图5所示。

图4

图4 DBP添加量与预聚物粘度的关系

图5

图5 DBP用量对胶片力学性能的影响

综合上述实验结果，DBP用量应为每100g预聚物中添加20~30g为宜。

2.6．其它填料

在灌封胶中添加无机填料，不仅可以降低成本，而且有一定的补强作用。并对导热性、热收缩性、电性能等可以得到某种程度的改善[9]。本实验分别选用了活性ZnO、Al2O3及CaCO3三种无机填料进行了实验，结果列于表2。

表2 无机填料对胶片力学性能的影响（预聚物为100g）

力学性能填料

填料用量/g

0 5 10 15 20

硬度（邵A）

ZnO 24 18 10 10 10 Al2O324 20 18 16 15 CaCO324 20 16 14 14

拉伸强度/MPa

ZnO 0.64 0.71 0.68 0.58 0.56 Al2O30.64 0.70 0.58 0.56 0.50 CaCO30.64 0.73 0.63 0.63 0.56

可根据灌封胶片不同的硬度及强度要求来选择无机填料的种类及数量。

2.7．电性能

电性能是灌封胶片的重要性能之一。因为羟丁型聚氨酯具有非极性的碳氢骨架，所以电性能良好，分别测定了胶片的介电常数、表面电阻、体积电阻率及击穿电压，结果列于表3。

介电常数表面电阻体积电阻率/Ω·cm 击穿电压/kV·mm

2.7~

3.2 1×1015~2×10151×1015~1×101620~32

从表中数据可以看出，羟丁型聚氨酯灌封胶的电性能已达到了国内外同类产品的水平。3．结论

由于端羟基聚丁二烯常温下是液体并具有优良的电性能、水解稳定性及耐腐蚀性，所以将羟丁用于电器灌封胶的优越性是显而易见的。而且通过调整其他用料的配比，可使灌封胶的性能在较宽的范围内进行调整以满足不同的要求。所以，羟丁型聚氨酯电器封灌封胶值得大力推广应用。