三沃分享双组份加成型有机硅灌封胶固化

前言：

在电子制造业，加成型电子灌封胶主要用于电子元器件和线路板的灌封，在未固化前属于液体状，具有一定的流动性，胶液黏度根据产品的材质、性能、生产工艺的不同而有所区别。灌封胶完全固化后才能实现它的使用价值，固化后可以起到防水防潮、防尘、绝缘、导热、防腐蚀、耐温、防震的作用，通常由A、B组份有机硅液体组成。但在实际使用中，有时会出现灌封胶不能固化，固化时间延迟等现象。本文将结合加成型有机硅胶的固化原理对常见的固化障碍进行分析并提出相应的解决方案。

一、什么是加成型灌封硅橡胶？

加成型硅橡胶通过硅氢加成反应进行硫化的一类硅橡胶。加成型硅橡胶是一种合成橡胶，属于有机硅序列。该种硅橡胶有弹性硅凝胶和硅橡胶之分，前者强度较低，后者强度较高。加成型硅橡胶硫化前胶料的粘度较低，便于灌注，硫化时不放热，无低分子副产物放出,收缩率小，能深度硫化。通常业界所说的加成型灌封硅橡胶，主要都是铂金催化剂系列的灌封硅橡胶。

二、加成型硅胶的固化原理是什么？

我们先来了解加成型灌封硅橡胶的组成：由含乙烯基的聚有机硅氧烷（乙烯基硅油）和含硅氢键的聚有机硅氧烷（含氢硅油），含多个Si-H键的聚有机硅氧烷为交联剂，在铂金催化剂等的作用下，于室温或加热条件下进行反应，通过硅氢加成反应交联而成弹性体。在反应过程中没有小分子产生。反应模式见下图：

三、为什么会出现灌封胶“中毒”现象呢？

双组份加成型灌封硅橡胶在使用过程中需要硅胶进行加成反应，也就是硅胶中的硅-氢键与桂乙烯基键发生加成反应。由于加成反应需要金属“Pt”作为材料，它们混合就会产生一种化合物，这种化合物属于一种不稳定的物质，很容易受到一些杂质的影响而发生化学结构或化合物的结构的变化，降低催化剂对硅氢化反应的催化活性（也称被钝化），从而导致固化不良的情况发生。一般而言，双组份加成型灌封胶中的铂金催化剂用量在2—5ppm以下，因此加成硅胶在硫化或固化过程中与含有可以与加成型中的催化剂“Pt”发生化学反应的极少量杂质（无论是表面接触还是混入等方式），就能够使催化剂失效。在一般的固化条件下，使得加成型硅橡胶不固化（反应前后的状态仍然为液体状态），或者固化不彻底（硅胶固化后得不到需要的弹性体或硬度或者固化后表面发粘），此现象即为发生催化剂“中毒”现象。

（1）从“中毒”的深层机理来分析，有以下几方面原因：

周期表中ⅤA和ⅥA族非金属元素及其化合物（如S，N，P的元素化合物）。这些元素或化合物都有孤对电子，容易和铂金属的d轨道电子相结合，形成强吸附键，使铂催化剂中毒。

具有不饱和键的毒物：其中毒原理也是π键上的电子进入到Pt的d轨道上，使Pt的d空穴降低。

金属或金属离子：如Au和Pt相作用，Au内外层S上电子填充到Pt内d轨道中，使Pt的d空穴降低。

（2）引起加成型有机硅胶“中毒”物质主要包括：

铅、汞、铋等重金属的离子性化合物

有机锡或含有有机锡催化剂的有机硅橡胶(某些缩合型硅胶或RTV胶)

硫，聚硫，聚砜或其它含硫材料

胺，聚氨酯或其它含氮材料，例如胺固化型环氧树脂(热融胶)

磷、砷或其它含有磷、砷的材料

不饱和烃类的增塑剂(例如某些PVC线材和绝缘胶带绝缘纸的渗出物)

焊接剂残留物(松香、焊锡等)

四、生产过程中常见有哪些“中毒”现象及引起原因呢？

生产过程中，如果出现催化剂中毒情况，根据“中毒”情况的深浅会导致胶水完全不固化或半固化状态。

（1）完全不固化。

就是说AB双组份混合后，等几个小时或者是一天后硅胶还是和混合前一样。

搅拌工具或者混胶容器之前有使用过工业级缩合型硅胶、环氧胶，未及时清理或清理不彻底从而引起硅胶催化剂中毒引起胶料不固化。

胶料和含氮（N），磷（P），硫（S），锡（Sn），铅（Pb），汞（Hg），醇类，不饱和烃类的增塑剂，水等接触或混合。

未按照正确比例配比1:1。

有加入色膏的话，也需要考虑色膏是否环保的。

（2）半固化状态。

硅胶使用时周边操作温度过低，导致铂金催化剂受到抑制而无法进行催化反应。

长期放置后开桶使用时A、B搅拌分散不均匀，也会出现硅胶一半固化一半不固化。

胶料和含氮（N），磷（P），硫（S），锡（Sn），铅（Pb），汞（Hg），醇类，水等接触或混合。

加成型硅胶大部分客户喜欢加入各种色膏。有的会使硅胶中毒不固化，所以色膏需选择环保型的。

液体硅胶避免接触到原子灰（在电子行业接触到的比较多）、油泥、TPV、喷漆表面、有机锡焊接点、松香（电子厂的焊接会用到松香）。

操作时要和使用过缩合型硅胶、环氧胶的容器区分开，要用未使用过室温硅胶工具操作此硅胶，避免出现不固化或者表面发粘现象、固化不完全迹象甚至不固化等现象。

五、下面就几个常见的催化剂“中毒”实例作简要的分析说明

（1）线路板焊点接触部位固化不良

这是加成型灌封胶最为常见的固化障碍现象，具体表现为灌封胶与线路板焊点接触部位不固化或固化不完全，长时间放置仍然呈液状。这种情况一般是由于线路板上残留的松香助焊剂等引起的催化剂失效。

解决方案：使用线路板清洗剂将焊锡面清洗干净再灌胶。

（2）绝缘纸/绝缘胶带接触部位固化不良

这种现象与线路板焊锡面类似，只是固化障碍转移到绝缘纸的接触面。导致催化剂失效的物质，主要来自绝缘纸的渗出物，因此清洗绝缘纸的方法并无太大地改善作用。

解决方案：更换不会导致催化剂失效的绝缘纸。

（3）塑料表面接触部位固化不良：

这种现象是由于塑料表面残留的脱模剂引起的催化剂失效。从图中可见塑料壳内壁有液体状物，固化的胶体外表面也有很多分散的液滴(气孔是由于试验混合灌注时没有抽真空)。

解决方案：使用乙醇或异丙醇将塑料表面清洗干净再灌胶。

出现以上情况时，简单通过外加催化剂并不能彻底解决让“中毒”的胶水再次固化。通常情况下，需要清除未固化的胶水，彻底将施胶部位清理干净，再次施胶，才能较好地固化，整个过程是比较费时的，且不一定能快速解决问题。因此，在灌封硅胶的使用过程中，要特别注意可能接触到胶水的物品上面一定不能含有以上的“有害”物质。例如生产过程中，焊锡，含S的橡胶手套（指套）都是严禁接触有机硅灌封胶的。

值得一提的是，有些厂商会宣传自己的有机硅灌封胶具备防中毒的功能，其实也就是加了较多的催化剂在胶水里面，从化学机理上来说不能完全消除此类现象。而且，催化剂过多也可能会让固化后的胶水发黄，发硬，有一定的负面效果。

六、生产操作过程中可能导致胶水固化障碍的情况及解决方案

（1）胶水AB组分比例配比不对：

实际使用中，通常来说A组分和B组分的比例是1:1或者10:1（视产品TDS而定），如果配比有较大误差，可能出现胶水不能完全固化的现象。解决方法是严格按照产品TDS去进行配比并定期校准配胶机。

（2）胶水储存不当或者过期：

胶水储存环境不合适或者过期，胶水中含有的催化剂就有可能衰减，进而造成胶水固化速度变慢。解决方法是严格按照胶水的储存条件进行存放，并在有效期前使用。

（3）冬天固化速度变慢：由于冬天气温很低，造成电子灌封胶在混合后固化很慢甚至长时间不固化，因此我们可以提高固化的温度，可以将灌好胶的产品放在25℃烘箱里固化。

（4）催化剂中毒导致胶水不固化：规范配胶、混胶、灌胶流程。使用专用的搅拌桨，并注意正确的存储方式及确保物体表面的清洁，避免接触“有害”物质；使用灌胶机时避免同时使用聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚脂、缩合型室温硫化硅橡胶等产品，在切换不同厂家的硅胶时，一定要将原来的双液灌胶机中的硅胶从料桶到出胶泵逐步清理干净；灌胶过程中可能会接触到各种各样的材料，如果对某些表面或材料是否会有抑制固化存在疑问，建议先进行小规模的相容性测试以确定其在特定应用中的适宜性。若在基材表面和已固化的有机硅胶界面上存在液体或未固化的产品，则说明相容性不好。此时需要根据具体的现象和仔细的试验找出引起固化障碍的原因，然后予以排除。

综上所述，严格按照产品TDS使用有机硅灌封胶，同时注意工序中不要接触到有害的元素，才能有效预防有机硅灌封胶出现固化障碍的情况。