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【技术文章】防雾车灯用低雾化值有机硅密封胶的研制

原文:《低雾化值有机硅密封胶的研制及应用》

作者:罗思彬,张明,邓玉梅,黄强

编译:缪雯卿 张欣瑜

指导:林燕丹

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有机硅密封胶

有机硅密封胶在耐候性、柔韧性和耐高低温冲击性等方面具有明显的优势,能够长时间承受180℃左右的高温,已经在车灯密封上得到广泛应用。而传统有机硅密封胶应用在有防雾涂层的灯具上时容易造成车灯起雾,究其原因是聚合物挥发出的D3~D8等环状硅氧烷和小分子交联剂,造成防雾涂层亲水性能下降。
本文设计合成末端官能化的聚二甲基硅氧烷,并开发具有交联剂和偶联剂活性的大分子聚合物,制备得到有机硅密封胶雾化值≤500ug/g,防雾涂层的水接触角变化≤15°,实验主要原材料与设备仪器如表1所示。产品对车灯材料具有良好的粘结性,保证车灯长期使用过程中不起雾,延长车灯的使用寿命。

表1实验主要原材料与设备仪器

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交联剂预聚体结构设计

为了减少交联剂的挥发而引起防雾涂层的破坏,通过设计、合成聚合度可控的交联剂预聚体,提高交联剂沸点和稳定性。选择三种不同类型硅氧烷作为交联剂单体,控制交联剂与水的比例,用甲醇作为水稀释剂,利用喷雾混合的方法,使交联剂和水迅速达到均匀混合,实现交联剂预聚体的可控制备,制备方程式如图1所示。
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图1 交联剂预聚体制备方程示意图


以相同量的预聚体作为交联剂制备防雾车灯用有机硅密封胶,测试可凝物含量、防雾涂层的接触角和起雾情况,如下表2所示。

表2 交联剂预聚体对防雾车灯用有机硅密封胶的影响

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以硅氧烷1作为单体制备得到的交联剂预聚体,对其进行质谱分析,谱图如下图2所示。从质谱图上可以看出,合成的硅氧烷1交联剂预聚体的聚合度主要为2~3,说明交联剂预聚体聚合程度可以控制,经测试其起沸温度超过300℃,能够作为防雾车灯用有机硅密封胶的交联剂使用。
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图2 硅氧烷1交联剂预聚体质谱分析谱图


封端基础聚合物设计

本文采用硅氧烷1作为封端剂制备多烷氧基封端的MO-PDMS。采用原位取代的方法,使HO-PDMS的端羟基与多烷氧基硅烷发生封端反应制备MO-PDMS。图3为未封端的HO-PDMS和封端基础聚合物MO-PDMS添加钛酸酯进行封端效果测试的状态图,HO-PDMS经过搅拌后出现非常严重增稠现象,接近于半固态,手动无法搅拌,而封端聚合物MO-PDMS仍保持较低的黏度,没有明显的增稠现象,说明封端产物中没有端羟基存在,具有很好的封端效果。
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图3 HO-PDMS与MO-PDMS的封端效果测试的状态图


考察了封端剂不同添加量对制备MO-PDMS封端效果的影响,测试各项性能如表3所示。当封端剂达到3.0%时,聚合物就不存在黏度高峰。当用量大于4.0%时,胶体固化速度降低,影响使用效果。综合考虑,优选封端剂为3.0%的MO-PDMS制备的防雾车灯用有机硅密封胶。

表3 不同量封端剂的封端效果及对密封胶性能的影响

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防雾车灯密封胶综合性能测试

经过3年多的研究和开发,通过设计交联剂预聚体和烷氧基封端基础聚合物,开发出了防雾车灯用有机硅密封胶,经过国家合成树脂质量监督检验中心检测各性能,产品性能达到《防雾型车灯用有机硅密封胶》(Q/91510100713042497M.31-2017)的要求,结果如下表4。

表4 防雾车灯用有机硅密封胶综合性能

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将本文设计的防雾车灯用密封胶和普通车灯用有机硅密封胶的防雾车灯灯罩切片进行防雾性能及接触角测试,测试结果如图4所示。从图中可以看出,初始PC切片和采用硅宝防雾车灯用有机硅密封胶的灯罩切片均没有起雾现象,而采用普通车灯密封胶密封的防雾车灯灯罩切片出现很严重的起雾现象,测试上图中的三种灯罩切片的接触角分别为14.6°、14.9°、85.9°,说明防雾车灯用有机硅密封胶没有破坏防雾涂层。
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图4 防雾车灯用有机硅密封胶的防雾性能测试图


各车灯厂家针对汽车车灯的起雾现象评价与测试方法不尽相同,但都是模拟潮湿淋雨环境下车灯的起雾以及雾气消散的时间长短来衡量车灯的防雾能力。例如,东风汽车有限公司的检测方法如下,先将车灯在50℃环境下以13.5V电压点亮30min,水压4kgf/cm2,上下左右环绕喷水;然后在-30℃环境下点亮30min,取出车灯在室温下静置,观察是否有雾气产生以及雾气产生后消散时间。在室温条件下点亮半小时内雾气能消散视为合格。使用本文设计的防雾车灯用有机硅密封胶的车灯按照上述方法进行测试,结果如图5所示。同时产品通过了凯威检测技术有限公司按照《GMW14906灯具开发和验证试验程序》进行的模拟洗车和模拟淋雨的雾气消散、内部耐热、高潮湿环境、冷凝试验等测试。实验结果均表明使用本文设计的有机硅密封胶的防雾车灯不起雾,说明产品不影响防雾车灯的使用性能,车灯具有很好的防雾效果。
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图5 采用本文设计有机硅密封胶防雾车灯测试效果


结论

本文设计制备的硅宝防雾车灯用有机硅密封胶经国家合成树脂质量监督检验中心检测,各项指标达到《防雾型车灯用有机硅密封胶》(Q/91510100713042497M.31-2017)的要求,产品使用性能好,各项性能稳定,解决了防雾车灯起雾问题,满足客户的使用要求,填补了国内外行业空白。防雾车灯用有机硅密封剂,解决了汽车车灯起雾的问题,提高了行驶中的安全性,为车灯装配行业提供了更好的选择,具有广阔的市场前景和社会经济效益。

                                -END-


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