硅酮胶在工业领域的应用研究

韦远怡 陈炳耀 彭小琴 全文高 潘聪

摘 要：硅酮胶产品作为一种被各行各业广泛使用的胶粘剂，已经得到了市场的认可。文章主要介绍了硅酮胶的发展概况、特点和主要成分，并对工业用硅酮胶的应用作出分析，并展望硅酮胶的发展前景。

关键词：硅酮胶;密封胶;粘接;固化原理

中图分类号：TQ436+.6 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）06-0021-04

Abstract：Silicone adhesive products as a widely used adhesive in all walks of life， has been recognized by the market.In this paper， the development situation， characteristics and main components of silicone rubber are introduced， and the application of industrial silicone rubber is analyzed， and the development prospect of silicone rubber is forecasted.

Key words：silicone adhesive; sealant; bonding; curing principle

0 引言

隨着国民经济的发展，人民对美好生活的需求日益增长，各行各业也蓬勃发展，各式各样的产品不断地改善人民的生活质量。从日用小型家用电器到超高层幕墙建筑，随处可见硅酮胶粘剂的身影。其中，硅酮类胶粘剂与有机胶粘剂对比，有着许多优异的特性，如耐高低温性，高电绝缘性以及耐候性[1]。如今，硅酮胶行业的竞争激烈，如何开发出更适合市场的硅酮胶产品成为研究开发者关注的重点。

1 硅酮胶的发展概况

硅酮胶，又称有机硅建筑密封胶，顾名思义，硅酮胶的研发初衷是为了解决建筑密封领域中的问题。硅酮胶的固化原理是通过借助空气中的水汽，在一定的温度下，由表及里逐步固化，并释放出小分子化合物，从而形成一个三维网状结构的弹性体。因此硅酮胶使用十分方便。硅酮胶具有许多优异的特性，在现代建筑领域内已经发展为重要的密封材料。

在20世纪50年代初，欧美发达国家已经在建筑领域内使用双组分硅酮胶，60年代初单组分硅酮胶已商业化。国外的硅酮胶在长时间的发展中，已经形成了完整的生产链，实现大规模连续生产。而国内的硅酮胶研发工作最初是为了服务于国防，如导弹卫星和尖端武器等。20世纪90年代初，因制造业在我国发展十分迅猛，硅酮胶的应用需求激增，我国硅酮胶的开发速度明显加快，实现了酸性硅酮胶的大批量国产化[2]，极大地推动了我国硅酮胶的发展。经过几代人50多年的共同努力，中国的有机硅工业现已初具规模，为今后的进一步发展奠定了坚实的基础。硅酮胶的主要作用是密封，但经过研究和开发，硅酮结构胶进入人们的视野，结构胶不仅拥有普通硅酮胶拥有的优异性能，而且对强度有一定的要求。广州中信广场、深圳地王大厦、上海金茂大厦均使用了进口硅酮结构胶产品。国产硅酮胶结构胶经过持续发展，在20世纪90年年代末开始应用到广州新白云国际机场、广州会展中心等超大型幕墙，并且有大量产品出口国外。这充分体现了我国硅酮胶这一技术产品的行业地位。近年来，国内硅酮胶企业不断进行自主创新，提高生产效率的同时保证产品质量。我国有机硅工业的巨大进步，打破了国外公司对中国的技术封锁和市场垄断，加快了中国迈向世界有机硅生产大国和强国的步伐。

2 工业用硅酮胶的特点及主要成分

单组分室温硫化硅橡胶主要由基础化合物、交联剂、偶联剂这3种必须成分，以及催化剂、补强填料、添加剂等几种不可缺少的成分配制而成。基础聚合物α，ω-二羟基聚二甲基硅氧烷是制备缩合型单组分室温硫化硅橡胶最重要的基础聚合物。而交联剂是单组分室温硫化硅橡胶的核心组分，对产品的交联机理和分类命名起决定性作用。目前主要的交联剂品种和缩合反应产物如表 1所示[3]。

室温硫化硅酮胶按照其产品形态，可分为单组分型和双组份型。按照硫化机理，单组分硅酮胶可分为脱醋酸型、脱醇型、脱酮肟型、脱丙酮型、脱酰胺型、脱胺型;双组份硅酮胶可分为脱醇型、脱氢型、脱水型、脱羧胺型、加成反应交联型。

硅酮胶又称室温硫化硅酮密封胶，这是一种新型的有机硅弹性体，硅酮胶的固化原理是借助空气中的水汽，在一定的温度下，由表及里逐步固化，并释放出小分子化合物，从而交联形成一个三维网状结构的弹性体。如图1所示，单组分硅酮胶在制胶过程中，主要发生硫化反应，在催化剂作用下，交联剂甲基三甲氧基硅烷与107胶发生脱醇反应，生成聚硅氧烷。

常见的硅酮胶包装为铝膜软包装和PE胶瓶与PE底盖的组合硬包装，如图 2所示，硅酮胶在使用时，通过胶枪挤出至施工区域后，被挤出的聚硅氧烷与空气中的水汽发生反应，逐步交联为三维网状结构的弹性体。

3 工业用硅酮胶的基本用途

由于单组分室温硫化硅橡胶已经预混并密封包装，因此使用时只需要把胶浆挤出，等待其完全固化，即可完成施工。

为了获得良好的使用效果，使用者需根据硅酮胶的施工对象，提前清洁基材表面的污物及油污，若基材表面需涂底涂剂，则需等待底涂干燥后方可打胶，大多数底涂剂可提高硅酮胶的粘接性，施工前应小范围地进行相容性测试。

3.1 门窗玻璃的粘接。

门窗玻璃的粘接主要使用非结构性硅酮胶，硅酮密封胶的基础化合物由硅氧键组成，与C-C、C-O、C-N键的键能相比，Si-O的键能最高，为444kJ·mol-1，如此高的键能决定了硅酮胶良好的性能，因此硅酮胶被广泛地运用到受紫外线照射的门窗玻璃粘接中[4]。随着建筑行业的发展，人们对建筑装饰材料更加注重美观和实用性，因此在门窗领域，阳极氧化铝合金材质的边框搭配玻璃收到市场的欢迎，也就是大众口中的“铝合金窗”。在铝合金窗刚兴起时，用于粘接的是酸性硅酮胶，因酸性硅酮胶的固化速度快，因此酸胶是当时粘接门窗的主流产品，但是许多厂商为降低成本，在酸性硅酮胶中加入廉价的聚烯烃类化合物（俗称白油），因此在使用一段时间后，会出现渗油，影响美观的同时，密封胶容易脱落。同时，由于酸胶在使用时气味较大，加之门窗的的升级，铝合金门窗在高档装修中应用得越来越少，随之酸胶的热度也不如从前一般。

随着经济的不断发展，人们对于装修材料更加注重美观和环保。目前较为流行的门窗是节约型的塑料高分子边框门窗和升级版彩色铝合金门窗。塑料门窗通常采用密封胶条进行密封因硅酮胶优异的特性，彩色铝合金则更推荐使用硅酮胶作为粘接材料，但若使用酸胶，则硅酮胶容易对铝合金基材有腐蚀作用。在大多数情况下，面对彩色铝合金门窗的粘接，更加推荐使用不含白油的中性硅酮胶，而中性硅酮胶中，酮肟型和醇型胶使用较为普遍。脱酮肟型硅酮胶固化速度比醇型胶快，综合性能佳，储存稳定性好，基本无腐蚀性。脱醇型硅酮胶气味较小、相对环保，对基材无腐蚀性，但储存稳定性差。因此中性硅酮胶更受用户的喜爱。

3.2 玻璃幕墙的粘接密封

放眼全球，各大城市的高层建筑大多使用玻璃幕墙，早在20世纪中期，美国纽约就开始使用玻璃幕墙，我国的众多城市的CBD如广州珠江新城、上海外滩、深圳中央商务区等都大规模地使用大型玻璃幕墙。因硅酮胶具有的优异性能，因此硅酮胶成为玻璃幕墙的主要粘接材料。根据《玻璃幕墙工程技术规范》中的明确规定，硅酮密封胶建议被使用在玻璃幕墙，孙与康[5]在硕士研究生在读期间，曾对幕墙用硅酮胶作深入研究。王跃林[2]对于硅酮结构胶的强度和老化性能以及粘接强度作出简要分析。GB16776-2005中规定，硅酮结构胶的物理力学性能拉伸粘接强度在23℃时应大于等于0.6MPa，90℃、-30℃、浸水后、水-紫外线光照后应大于等于0.45MPa，23℃时的最大拉伸强度时伸长率应大于100%。目前市面上主流的几种结构胶的实测强度均大于国标要求，因此可以说明，硅酮结构胶非常适用于大型幕墙的结构性粘接，同时兼顾幕墙的美观及质量。

3.3 零件的粘接

在各式各样的零件如发动机、变速箱、法兰件等，都需要密封其密封性的好坏直接决定了零件是否能正常使用。传统常常使用橡胶垫、石棉垫、软木垫和纸垫作为密封材料，但是采用上述传统密封圈很难保证零件在装配完成后不发生密封失效，为了解决传统密封圈的问题，免垫片胶受到市场的欢迎。免垫片胶是一种新型的室温硫化硅酮密封胶，其最大的特点是可以不受接合面形状和面积的限制，从而对零件进行密封，并且可以降低零件的加工精度。零件的使用场景一般温度较高以及表面常有油渍附着，因此对免垫片胶的要求必须为耐高温性好，耐油性佳等。不同于普通建筑用硅酮胶，免垫片胶通常采用特殊的硅树脂、助剂和填料，因此其耐油性和耐高温性优于普通建筑用硅酮密封胶。免垫片胶在使用前仅需对零件表面清洁，再根据所需密封零件的形状，用免垫片胶进行均匀施胶，清除多余胶浆后，再安装所需要密封的零件即可等待胶浆完全固化。

3.4 电子元器件的灌封粘接

有机硅产品拥有的耐高低温、耐气候老化、电绝缘性有助于硅酮胶在电子电器领域中的广泛应用。在日本，电子用胶品种繁多，性能要求严格，附加值较高，在胶粘剂行业中具有非常重要的地位。在电子电器领域中，往往要求胶粘剂对电器元件无腐蚀，因此脱醇型硅酮胶十分适用于该行业。改革开放以来，电子电器走向千家万户，行业发展前景巨大，行业的发展给电子电器用硅酮胶提出了更高的要求。电子硅酮胶通常用于电子原件的涂敷保护、模块薄层的灌封、电子元件的粘接密封固定、灯饰的粘接密封、光伏组件的密封等多种用途[6]。电子硅酮胶通常对于粘度、稠度、阻燃性、腐蚀性有一定的要求，而单组分脱醇型硅酮密封胶的特点是强度高、对多种金属无腐蚀性，十分适用于电子元器件的粘接密封。曹元来[7]等人曾以107胶为基胶，添加阻燃剂，研制出了无卤素自流平阻燃电子硅酮胶，得到了行业的认可。

4 结语

从我国从20世纪90年代初，硅酮胶全部依赖进口大桶胶，到如今全国有许多生产商具有硅酮胶的自主研发能力，硅酮胶行业内进入高速发展期。随着社会的进步与发展，大型玻璃幕墙的普及和使用，汽车人均占有率不断提高，工业的发展进步，硅酮胶销量将不断创新高，从总体上看，低端硅酮胶将不断地被市场淘汰，取而代之的是更加符合环保要求的，高质量高性价比的高端硅酮胶产品。因此工业用硅酮胶的发展前景好。

参考文献

[1]李健民.电子/电气工业用硅酮胶粘剂[J].粘接，2004（06）：45-46+50.

[2]王跃林，李向涛.国内外硅酮建筑密封胶发展概况[J].广东建材，1997（06）：35-41.

[3]幸松民，王一璐.有机硅合成工艺及产品应用[M].北京：化学工业出版社，2000.

[4]邱泽皓，袁素兰，王有治，等.硅酮密封胶在门窗上的应用探讨[A].中国建筑金属结构协会铝门窗幕墙委员会.2008年全国铝门窗幕墙行业年会论文集[C].中国建筑金属结构协会铝门窗幕墙委员会：中国建筑金属结构协会，2008：5.

[5]孙与康.玻璃幕墙用硅酮胶耐候性及现场检测技术的研究[D].中國建筑材料科学研究总院，2018.

[6]李健民.日本电子工业用胶概况[J].粘接，2004（06）：47-50.

[7]曹云来，章明耀，方珏.无卤素自流平阻燃电子硅酮胶的研制[J].中国胶粘剂，2007（06）：30-32.