汽車電子排線固定UV膠的配方研究

劉海濤，陳建生，薛紀東

(廣州機械科學(xué)研究院有限公司膠業(yè)研究所，廣東 廣州 510700)

0 引言

紫外光固化膠是近些年飛速發(fā)展的紫外光固化材料中的一個重要分支，紫外光固化膠符合“5E”原則，即經(jīng)濟(Economy)、節(jié)能(Energy)、環(huán)保(Ecology)、高效(Efficiency)、多能(Enabling)。具體表現(xiàn)在:單組分，使用方便，浪費少;固化速度快，一般幾秒到數(shù)十秒即可完全固化，可在高速生產(chǎn)線上使用，利于自動化生產(chǎn)，極大地提高了生產(chǎn)效率;室溫或低溫即可固化，可用于不能加熱固化的基材;節(jié)省能源，UV固化所消耗的能量與熱固化樹脂相比可節(jié)約能耗90%;固化設(shè)備簡單，占地面積小，節(jié)約成本;采用低揮發(fā)性單體和齊聚物，不使用溶劑，故基本上無大氣污染，也沒有廢水污染問題［1－5］。

汽車電子排線固定密封一般采用紫外光固化膠，它同樣利用了紫外光固化膠固化速度快、粘接強度高、韌性好、耐濕熱老化、耐潮氣、使用壽命長等特點，被批量用于汽車電子排線兩端線頭的固定與密封。作者主要從紫外光固化膠的各組分對汽車電子排線粘接力的影響出發(fā)，討論汽車電子排線膠的配方設(shè)計。

1 實驗方法

紫外光固化膠的粘接力主要與紫外光固化膠的配方、被粘材質(zhì)、表面處理方法等有關(guān)，其中最重要的是紫外光固化膠的配方設(shè)計。作者從紫外光固化膠的各組分對粘接力的影響出發(fā)，討論汽車電子排線膠的配方設(shè)計。測試方法有:GB/T 2791-1995《膠粘劑T型剝離強度試驗方法》、GB/T 2790-1995《膠粘劑180°剝離強度試驗方法》、GB/T 7124-2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定》。由于PC是汽車電子排線的主要被粘材料，因此作者重點測試了UV膠對PC的粘接強度。

測試設(shè)備為SafQ-H10KL 10kN臺式萬能材料試驗機，測試樣件狀態(tài)調(diào)節(jié)參照GB 2918《塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗的標準環(huán)境》，即溫度保持在(23±2)℃，相對濕度保持在45% ～55%。

2 稀釋單體對粘接力的影響

稀釋單體種類對粘接力影響較大，除了體積收縮率的影響外，還有單體結(jié)構(gòu)和物性的影響。因此，作者選取了不同類型的單體，測試其粘接力，分析單體的選取原則。試驗條件:PC粘PC，T型剝離強度測試，同時測試膠粘劑的體積收縮率。膠粘劑組成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，單體30份，γ－縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，1－羥基環(huán)己基苯基甲酮3份，納米二氧化硅2份。固化條件:400 W金屬鹵素燈(主波長365 nm)，光強60 mW/cm2，光固化10 s。結(jié)果見表1。

表1 不同稀釋單體對粘接力和體積收縮率的影響

從表1可以看出:四氫呋喃丙烯酸酯和丙烯酸異冰片酯的粘接力較高，二種稀釋單體都是單官能團單體，而且都含有體積較大的側(cè)基，因此體積收縮率都很低。其中四氫呋喃丙烯酸酯對大部分塑料(包括PC)具有較強的溶脹能力，對增加粘接力有很大的幫助，很適合用于塑料的粘接。因此以后的配方，主要選取四氫呋喃丙烯酸酯作為紫外光固化膠的主要單體成分。

3 偶聯(lián)劑對粘接力的影響

要想大幅度提高膠粘劑的粘接力，一種比較通用的方法是添加偶聯(lián)劑，它在硅膠和聚氨酯膠粘劑中廣泛使用，紫外光固化膠里一般也會添加偶聯(lián)劑，因此作者分析偶聯(lián)劑的選取原則。試驗條件:PC粘PC，T型剝離強度測試。膠粘劑組成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氫呋喃丙烯酸酯30份，偶聯(lián)劑1份，1－羥基環(huán)己基苯基甲酮3份，納米二氧化硅2份。固化條件:400 W金屬鹵素燈(主波長365 nm)，光強60 mW/cm2，光固化10 s。結(jié)果見表2。

表2 偶聯(lián)劑對粘接力的影響

從表2可以看出:γ－縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷和γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷對附著力的貢獻比較大，其中γ－縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷的環(huán)氧基與PC的親和力較好，因此大幅提高剝離強度，而γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的雙鍵可以參與UV膠的固化反應(yīng)，也較大程度地提高了剝離強度。從實驗結(jié)果出發(fā)，作者選擇γ－縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷為UV膠的偶聯(lián)劑。

4 偶聯(lián)劑用量對粘接力的影響

偶聯(lián)劑用量對粘接力的影響比較大，用量太小，不能夠完全潤濕覆蓋整個被粘接面，用量太大的時候，界面含有太多偶聯(lián)劑，偶聯(lián)劑與水氣縮合反應(yīng)，反而降低了粘接強度，因此要找到一個最佳的偶聯(lián)劑用量。試驗條件:PC粘PC，T型剝離強度測試。膠粘劑組成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氫呋喃丙烯酸酯30份，偶聯(lián)劑為γ－縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷，1－羥基環(huán)己基苯基甲酮3份，納米二氧化硅2份。固化條件:400 W金屬鹵素燈(主波長365 nm)，光強60 mW/cm2，光固化10 s。結(jié)果見表3，可以看出:最佳的偶聯(lián)劑用量是1.5%，其次是1.0%，兩者的剝離強度相差不是很大，而偶聯(lián)劑的成本較高，因此，選取偶聯(lián)劑的用量為1.0%。

表3 偶聯(lián)劑用量對粘接力的影響

5 觸變劑對粘接力的影響

觸變劑一方面用來調(diào)節(jié)粘度，另一方面起到補強的作用，因此，觸變劑的品種對粘接力的影響也比較大，這里作者選取了4種不同的填料，分別為納米二氧化硅、納米碳酸鈣、硅灰粉、鈦白粉，分析它們對粘接力的影響。試驗條件:PC粘PC，T型剝離強度測試。膠粘劑組成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氫呋喃丙烯酸酯30份，γ－縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，1－羥基環(huán)己基苯基甲酮3份，觸變劑(填料)2份。固化條件:400 W金屬鹵素燈(主波長 365 nm)，光強 60 mW/cm2，光固化10 s，結(jié)果見表4?？梢钥吹?鈦白粉的粘接力很差，主要原因是鈦白粉嚴重吸收紫外光，導(dǎo)致固化極不完全，粘接力很低;硅灰粉顆粒較大，阻止紫外光深層固化，粘接力也不大;納米碳酸鈣容易吸濕，會影響UV膠的長期穩(wěn)定性，所以也不適宜;納米二氧化硅的粘接力最好，同時還可以起到增粘的作用。因此，作者選擇納米二氧化硅為UV膠的觸變劑。

表4 觸變劑種類對粘接力的影響

6 觸變劑用量對粘接力的影響

二氧化硅的主要作用是增加觸變性，但是其用量大小對粘接力有一定的影響。二氧化硅一方面提高膠的本體強度，增大粘接力;另一方面增加膠的剛性，導(dǎo)致粘接力下降。表5是二氧化硅用量對粘接力的影響，試驗條件:PC粘PC，T型剝離強度測試。膠粘劑組成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氫呋喃丙烯酸酯30份，γ－縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，1－羥基環(huán)己基苯基甲酮3份，觸變劑為納米二氧化硅。固化條件:400 W金屬鹵素燈(主波長365 nm)，光強60 mW/cm2，光固化10 s。從中得出:二氧化硅用量為1.5% ～2.5%比較合適，這里選取的二氧化硅用量為2份。

表5 納米二氧化硅用量對粘接力的影響

7 光引發(fā)劑用量對粘接力的影響

光引發(fā)劑對紫外光固化膠的性能影響十分明顯:一方面，光引發(fā)劑的品種要和紫外光源相匹配;另一方面，光引發(fā)劑的用量對固化性能和固化深度也有很大的影響。1－羥基環(huán)己基苯基甲酮是最通用的光引發(fā)劑，其吸收波長與市面上流行的主發(fā)射波長365 nm的紫外光源相匹配，同時它具有引發(fā)活性高、不易產(chǎn)生黃變、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。因此，作者研制的UV膠也選擇1－羥基環(huán)己基苯基甲酮作為光引發(fā)劑。光引發(fā)劑濃度直接影響臨界曝光量E0和透射深度Dp［6］。所以，作者研究了光引發(fā)劑用量對粘接力的影響，試驗條件:PC粘PC，T型剝離強度測試。膠粘劑組成:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氫呋喃丙烯酸酯30份，γ－縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，光引發(fā)劑為1－羥基環(huán)己基苯基甲酮，納米二氧化硅2份。固化條件:400 W金屬鹵素燈(主波長365 nm)，光強60 mW/cm2，光固化10 s。實驗結(jié)果見表6，從中可以知道:最佳光引發(fā)劑用量為3份。引發(fā)劑用量少，固化不充分，粘接力不夠;引發(fā)劑用量大，導(dǎo)致殘留引發(fā)劑多，耐久性差，同時也降低粘接力。

表6 光引發(fā)劑用量對粘接力的影響

8 結(jié)論

根據(jù)以上實驗結(jié)果，作者得到最佳粘接力效果的紫外光固化膠配方如下:二官聚氨酯丙烯酸酯64份，四氫呋喃丙烯酸酯30份，γ－縮水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷1份，1－羥基環(huán)己基苯基甲酮3份，納米二氧化硅2份。此配方對PC基材的汽車電子排線的粘接力最好。

【1】吳健偉，趙玉宇，趙漢青，等．UV－固化膠黏劑收縮率的研究［J］．化學(xué)與黏合，2005，27(2):96 －100．

【2】陳用烈，曾兆華，楊建文．輻射固化材料及應(yīng)用［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003．

【3】BOB G．Bonding Glass and Other Substrates with UV Curing Adhesives［J］．Inter J Adhesion ＆ Adhesives，2002，22:405 －408．

【4】NORIO Murata，SHIRO Nishi，SHIGERU Hosono．UV-Curable Transparent Adhesives for Fabricating Precision Optical Components［J］．J Adhesion，1996，59:39 －50．

【5】趙玉宇，吳健偉，于昕，等．紫外光(UV)固化膠黏劑收縮率與強度的研究［J］．化學(xué)與黏合，2008，30(3):24－27．

【6】劉海濤，陳建生，薛紀東．UV固化膠輻射能量與固化深度的關(guān)系［J］．粘接，2012，33(2):58－60．