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有机硅胶

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光伏组件在生产过程所使用的硅胶为光伏专用有机硅胶，需要用硅胶对层压组件进行密封，对接线盒进行粘接。有机硅胶产品的基本结构单元是由硅－氧（Si－O）链节构成的，侧链则通过硅原子与其他各种有机基团相连。

Si-O-Si主链中键长、键角都比较大，分子链易运动，低温弹性好，热稳定性优秀；Si-O-Si主链高分子构造是螺旋状，甲基分布在外围，表面张力低，憎水性好；电绝缘性能优秀；耐高低温（-120～300℃）；抗氧化、耐辐照、膨胀系数大；无腐蚀、生理惰性。

因此，在有机硅产品的结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物的特性与无机物的功能于一身。

一、功能

光伏组件用有机硅胶在生产时有两种功能，一部分用作组件封装材料，与铝边框粘结，将组件封装起来，起到封装、缓冲、绝缘等作用；另一部分用作粘结接线盒。

1.1、密封、保护

组件在层压之后要装框密封起来，光伏组件用的有机硅胶对铝合金边框以及钢化玻璃、背板、EVA有很好的粘结性，能够将他们紧密的粘结在一起。

同时，硅胶起到密封层压件，防止水分渗透、接触EVA，保护组件被腐蚀。有机硅胶还起到缓冲、减小外力冲击，保护钢化玻璃爆碎的作用。

另外，有机硅胶具有良好的绝缘性，提高组件抗电击的能力。

1.2、接线盒粘接

光伏组件用有机硅胶对于PPO材料有良好的粘结性，因此非常适合粘结接线盒，其优异的防水防火密封性能，对于光伏组件有非常好的保护作用。

二、分类

有机硅胶有很多种，大体分为硅橡胶、硅树脂、硅油三大类。其中硅橡胶是应用最广泛的一种。

在众多的合成橡胶中，硅橡胶是在其中的佼佼者。它具有无味无毒，不怕高温和抵御严寒的特点，在摄氏三百度和零下九十度时“泰然自若”、“面不改色”，仍不失原有的强度和弹性。硅橡胶还有良好的电绝缘性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化学稳定性等。由于具有了这些优异的性能，使得硅橡胶在现代医学中获得了十分广泛又重要的用途。近些年来，由医院、科研单位和工厂共同协作，试制成功了多种硅橡胶医疗用品。

根据硅原子上所链接的有机基团不同，硅橡胶有二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基苯基硅橡胶、氟硅橡胶、腈硅橡胶、乙基硅橡胶乙基苯撑硅橡胶等许多品种。

无论哪一种类型的硅橡胶，硫化时都不发生放热现象。高温硫化硅橡胶是高分子量的聚硅氧烷（分子量一般为40～80万），室温硫化硅橡胶一般分子量较低（3～6万），在分子链的两端（有时中间也有）各带有一个或

两个官能团，在一定条件下（空气中的水分或适当的催化剂），这些官能团可发生反应，从而形成高分子量的交联结构。室温硫化硅橡胶按其硫化机理可分为缩合型和加成型；

按照其硫化方法不同，硅橡胶可分为室温硫化（包括低温硫化）硅橡胶和高温硫化（热硫化）硅橡胶两大类。

2.1、室温硫化硅橡胶

室温硫化硅橡胶（RTV）是六十年代问世的一种新型的有机硅弹性体，这种橡胶的最显著特点是在室温下无须加热、如压即可就地固化，使用极其方便。因此，一问世就迅成为整个有机硅产品的一个重要组成部分。现在室温硫化硅橡胶已广泛用作粘合剂、密封剂、防护涂料、灌封和制模材料，在各行各业中都有它的用途。

室温硫化硅橡胶按其包装方式可分为单组分和双组分室温硫化硅橡胶，按硫化机理又可分为缩合型和加成型。因此，室温硫化硅橡胶按成分、硫化机理和使用工艺不同可分为三大类型，即单组分室温硫化硅橡胶、双组分缩合型室温硫化硅橡胶和双组分加成型室温硫化硅橡胶。

这三种系列的室温硫化硅橡胶各有其特点：

·单组分室温硫化硅橡胶的优点是使用方便，但深部固化速度较困难。

·双组分室温硫化硅橡胶的优点是固化时不放热,收缩率很小，不膨胀，无内应力，固化可在内部和表面同时进行，可以深部硫化。

·加成型室温硫化硅橡胶的硫化时间主要决定于温度，因此，利用温度的调节可以控制其硫化速度。

2.1.1、单组分室温硫化硅橡胶

单组分室温硫化硅橡胶的硫化反应是靠与空气中的水分发生作用而硫化成弹性体。随着链剂的不同，单组分室温硫化硅橡胶可为脱酸型、脱肟型、脱醇型、脱胺型、脱酰胺型和脱酮型等许多品种。

单组分室温硫化硅橡胶的硫化时间取决于硫化体系、温度、湿度和硅橡胶层的厚度，提高环境的温度和湿度，都能使硫化过程加快。在典型的环境条件下，一般15~30分钟后，硅橡胶的表面可以没有粘性，厚度3mm的胶层在一天之内可以固化。固化的深度和强度在三个星期左右会逐渐得到增强。

单组分室温硫化硅橡胶具有优良的电性能和化学惰性，以及耐热、耐自然老化、耐火焰、耐湿、透气等性能。它们在-60~200℃范围内能长期保持弹性。它固化时不吸热、不放热，固化后收缩率小，对材料的粘接性好。因此，主要用作粘合剂和密封剂，其它应用还包括就地成型垫片、防护涂料和嵌缝材料等。许多单组分硅橡胶粘接剂的配方表现出对多种材料如大多数金属、玻璃、陶瓷和混凝上的自动粘接性能。当粘接困难时，可在基材上进底涂来提高粘接强度，底涂可以是具有反应活性的硅烷单体或树脂，当它们在基材上固化后，生成一层改性的适合于有机硅粘接的表面。单组分室温硫化硅橡胶虽然使用方便，但由于它的硫化是依懒大气中的水分，使硫化胶的厚度受到限制，只能用于需要6毫米以下厚度的场合。单组分室温硫化硅橡胶的硫化反应是从表面逐渐往深处进行的，胶层越厚，固化越慢。当深部也要快速固化时，可采用分层浇灌逐步硫化法，每次可加一些胶料，等硫化后再加料，这样可以减少总的硫化时间。添加氧化镁可加速深层胶的硫化。

2.1.2、双组分缩合型室温硫化硅橡胶

双组分室温硫化硅橡胶硫化反应不是靠空气中的水分,而是靠催化剂来进行引发。通常是将胶料与催化剂分别作为一个组分包装。只有当两种组分完全混合在一起时才开始发生固化。双组分缩合型室温硫化硅橡胶的硫化时间主要取决于催化剂的类型、用量以及温度。催化剂用量越多硫化越快，同时搁置时间越短。在室温下，搁置时间一般为几小时，若要延长胶料的搁置时间，可用冷却的方法。双组分缩合型室温硫化硅椽胶在室温下要达到完全固化需要一天左右的时间，但在150℃的温度下只需要1小时。通过使用促进剂进行协合效应可显著提高其固化速度。

双组分室温硫化硅橡胶可在-65℃~250℃温度范围内长期保持弹性，并具有优良的电气性能和化学稳定性，能耐水、耐臭氧、耐气候老化，加之用法简单，工艺适用性强，因此，广泛用作灌封和制模材料。各种电子、电器元件用室温硫化硅橡胶涂覆、灌封后，可以起到防潮（防腐、防震等保护作用。可以提高性能和稳定参数。双组分室温硫化硅橡胶特别适宜于做深层灌封材料并具有较快的硫化时间，这一点是优于单组分室温硫化硅橡胶之处。双组分室温硫化硅橡胶硫化后具有优良的防粘性能，加上硫化时收缩率极小，因此，适合于用来制造软模具，用于铸造环氧树脂、聚酯树脂、聚苯乙烯、聚氨酯、乙烯基塑料、石蜡、低熔点合金等的模具。

双组分室温硫化硅橡胶在使用时应注意：首先把胶料和催化剂分别称量，然后按比例混合。混料过程应小心操作以使夹附气体量达到最小。胶料混匀后（颜色均匀），可通过静置或进行减压（真空度700毫米汞柱）除去气泡,待气泡全部排出后，在室温下或在规定温度下放置一定时间即硫化成硅橡胶。

2.1.3、双组分加成型室温硫化硅橡胶

双组分加成型室温硫化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。它们的硫化机理是基于有机硅生胶端基上的乙烯基（或丙烯基）和交链剂分子上的硅氢基发生加成反应（氢硅化反应）来完成的。在该反应中，不放出副产物。由于在交链过程中不放出低分子物，因此加成型室温硫化硅橡胶在硫化过程中不产生收缩。这一类硫化胶无毒、机械强度高、具有卓越的抗水解稳定性（即使在高压蒸汽下）、良好的低压缩形变、低燃烧性、可深度硫化、以及硫化速度可以用温度来控制等优点，因此是目前国内外大力发展的一类硅橡胶。

双组分室温硫化硅橡胶可在-65℃～250℃温度范围内长期保持弹性，并具有优良的电气性能和化学稳定性，能耐水、耐臭氧、耐气候老化，加之用法简单，工艺适用性强，因此，广泛用作灌封和制模材料。各种电子、电器元件用室温硫化硅橡胶涂覆、灌封后，可以起到防潮（防腐、防震等保护作用。可以提高性能和稳定参数。双组分室温硫化硅橡胶特别适宜于做深层灌封材料并具有较快的硫化时间，这一点是优于单组分室温硫化硅橡胶之处。

双组分室温硫化硅橡胶硫化后具有优良的防粘性能，硫化时收缩率极小。

双组分室温硫化硅橡胶在使用时应注意几个具体问题：首先把基料、交联剂和催化剂分别称量，然后按比例混合。通常两个组分应以不同的颜色提供使用，这样可直观地观察到两种组分的混合情况，混料过程应小心操作以使夹附气体量达到最小。胶料混匀后（颜色均匀），可通过静置或进行减压（真空度700毫米汞柱）除去气泡,待气泡全部排出后，在室温下或在规定温度下放置一定时间即硫化成硅橡皮。

双组分室温硫化硅橡胶硅氧烷主链上的侧基除甲基外，可以用其它基团如苯基、三氟丙基、氰乙基等所取代，以提高其耐低温、耐热、耐辐射或耐溶剂等性能。同时，根据需要还可加入耐热、阻燃、导热、导电的添加剂，以制得具有耐烧蚀、阻燃、导热和导电性能的硅橡胶。

2.2、高温硫化硅橡胶

高温硫化硅橡胶（HTV）是高分子量（分子量一般为40～80万）的聚有机硅氧烷（即生胶）加入补强填料和其它各种添加剂，采用有机过氧化物为硫化剂，经加压成型（模压、挤压、压延）或注射成型，并在高温下交链成橡皮。这种橡胶一般简称为硅橡胶。

高温硫化硅橡胶的硫化一般分为两个阶段进行，第一阶段是将硅生胶、补强剂、添加剂、硫化剂和结构控制剂进行混炼，然后将混炼料在金属模具中加压加热成型和硫化，其压力为50公斤／cm2左右，温度为120～130℃，时间为10～30分钟，第二阶段是将硅橡皮从模具中取出后，放人烘箱内，于200～250℃下烘数小时至24小时，使橡皮进一步硫化，同时使有机过氧化物分解挥发。

硅橡胶的补强填料是各种类型的白炭黑，它可使硫化胶的强度增加十倍。加入各种添加剂主要是降低胶的成本、改善胶料性能以及赋予硫化胶各种特殊性能如阻燃、导电等。

交链剂是各种有机过氧化物，如过氧化苯甲酰，2,4-二氯过氧化苯甲酰，二枯基过氧化物，2,5- 二甲基-2,5-二特丁基过氧已烷等。

结构控制剂是为了避免混炼胶料放置时间过长、产生“结构化”使胶料变硬，难以加工熟化而加入的，可采用甲基羟基硅油或二苯基二羟基硅烷作为结构控制剂。

硅橡胶主链上的侧基可以是甲基、乙基、乙烯基、苯基、三氟丙基等。最常用的是甲基，也可引人其它基团以改善加工性能和其它性能。因此，根据侧基基团和胶料配方的不同，可以得到各种不同用途的硅橡胶，一般可分为下面几种类型：通用型（含甲基和乙烯基）、高温和低温型（含苯基、甲基和乙烯基）、低压缩永久变形（含甲基和乙烯基）、低收缩（去挥发份）和耐溶剂（氟硅橡胶）等。

三、成分

单组分室温硫化(RTV)硅橡胶是将所有成分混合包装在一个密封容器 ( 软管或封筒)内的一类有机硅产品。使用时从密封容器中挤出，接触空气中的湿气后交联成弹性体。单组分RTV硅橡胶一般由以下成分构成：

·反应性基础聚合物 (俗称基胶)——羟基封端聚二甲基有机硅氧烷

式中，R通常为-CH3 ，特殊品种为或 -CH2CH2CF3；

·交联剂—— 含可水解基团的多官能硅烷化合物；

·催化剂——二有机锡二羧酸盐、二有机锡二 ( p一二酮酯)、钛酸酯及其螯合物等；

·补强剂（填料）——白炭黑、碳酸钙、硅藻土等；

·增塑剂——非反应性二甲基硅油、MDT硅油、链烷烃混合物等；

·其他——触变剂、增粘剂、水分清除剂、防霉剂、耐热性添加剂、阻燃剂等。

3.1、基胶

所谓基胶是指反应性基础聚合物，是有机硅胶最基本的成分，是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物，习惯上也常把那些通过氧、硫、氮等使有机基与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-O-Si-）为骨架组成的聚硅氧烷应用最为广泛。有机硅材料具有独特的结构：

（1） Si原子上充足的甲基将高能量的聚硅氧烷主链屏蔽起来；

（2） C-H无极性，使分子间相互作用力十分微弱；

（3） Si-O键长较长，Si-O-Si键键角大；

（4） Si-O键是具有50％离子键特征的共价键（共价键具有方向性，离子键无方向性）。

以上结构使得硅胶具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质。

3.2、交联剂

交联剂的作用是与硅胶基料发生交联反应，产生三维立体结构，吸附于被粘物体上。

硅橡胶的交联剂种类较多，交联剂的化学结构是影响硅橡胶性能的主要因素之一；交联剂不同，交联过程中释放出的副产物则不同，单组分RTV硅橡胶通常按此分类。

交联剂的用量硅橡胶的性能有很大的影响。随交联剂用量的增加，硅橡胶的拉伸强度升高；当交联剂用量为增大时，拉伸强度会逐渐达到最大值；之后又出现下滑趋势。

因此，加入交联剂后，交联剂与硅橡胶大分子链发生交联反应，交联剂作为大分子链的交联点，交联剂增加时会使硅橡胶分子链的交联点密度提高，从而使硅橡胶分子形成较好的三维网状结构，具有好的拉伸强度。但交联剂用量太多时，会使得硅橡胶分子链与交联剂的联结点密度增大，分子链受限，使得硅橡胶的柔顺性下降，表现为硅橡胶的弹性下降。此时受外力作用时，由于硅橡胶内部应力分布不均，会出现应力集中，拉伸时易出现破坏，从而导致硅橡胶的拉伸强度下

降。

3.3、催化剂

实际应用中为加快交联反应，通常都需加入催化剂。脱醇型R T V - 1 硅橡胶的硫化是从表面逐渐往深处进行的，催化剂的用量对硅橡胶的表干时间有一定影响。

随着催化剂用量增加，脱醇型RTV-1硅橡胶的表干时间明显加快。当催化剂用量小于20 滴时，表干时间非常长；但大于25滴时，又会立即固化。因此，催化剂用量控制在2 0～2 3 滴为宜。

3.4、补强剂

硅橡胶直接与交联剂交联形成的弹性体力学性能较差，不能用于建筑密封，因此需要加入补强填料以提高密封胶的力学性能。

随着白炭黑添加量的增加，硅橡胶的拉伸强度不断提高，当达到最大值后拉伸强度减小。白炭黑的分子链与硅橡胶大分子链相似且能与硅橡胶大分子链间形成氢键，因而可以吸附硅橡胶大分子链，形成物理吸附点。随着白炭黑添加量的增加，白炭黑与硅橡胶分子链的吸附点随之而增加，吸附作用也增强，硅橡胶的机械强度随之增强。白炭黑含量过多时，则会在硅橡胶中部分聚集，聚集的白炭黑与硅橡胶的吸附作用降低，使得增强效果下降，脆性增加，受到外力作用时，硅橡胶的拉伸强度呈现下滑趋势。

另外，补强剂中常用的两种材料为白炭黑与碳酸钙，二者在硅橡胶中的增强机理不同。白炭黑的分子结构与硅橡胶大分子的主链结构类似，其表面上含有大量的S i-OH基团能，与硅橡胶分子链中的S i-O键形成氢键，白炭黑作为物理交联点，从而达到增强目的。而活性碳酸钙则是经硬脂酸处理过的轻质碳酸钙，活性碳酸钙在硅橡胶中分散后，其微粒表面的硬脂酸长链分子相互缠绕，形成疏松的粒子表面网络结构，从而对硅橡胶起补强作用。

因此白炭黑的增强效果要比碳酸钙好。

3.5、增塑剂凡添加到聚合物体系中能使聚合物体系的塑性（塑性是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性）增加的物质都可以叫做增塑剂。

增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子之间的次价健，即范德华力，从而增加了聚合物分子链的移动性，降低了聚合物分子链的结晶性，即增加了聚合物的塑性，表现为聚合物的硬度、模量、软化温度和脆化温度下降，而伸长率、曲挠性和柔韧性提高。

四、性质

4.1、耐温特性

有机硅产品是以硅－氧（Si－O）键为主链结构的，C－C键的键能为82.6千卡/克分子，Si－O键的键能在有机硅中为121千卡/克分子，所以有机硅产品的热稳定性高，高温下（或辐射照射）分子的化学键不断裂、不分解。有机硅不但可耐高温，而且也耐低温，可在一个很宽的温度范围内使用。无论是化学性能还是物理机械性能，随温度的变化都很小。

4.2、耐候性

有机硅产品的主链为－Si－O－，无双键存在，因此不易被紫外光和臭氧所分解。有机硅具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力。有机硅中自然环境下的使用寿命可达几十年。

4.3、电气绝缘性能

有机硅产品都具有良好的电绝缘性能，其介电损耗、耐电压、耐电弧、耐电晕、体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘材料中名列前茅，而且它们的电气性能受温度和频率的影响很小。因此，它们是一种稳定的电绝缘材料，被广泛应用于电子、电气工业上。有机硅除了具有优良的耐热性外，还具有优异的拒水性，这是电气设备在湿态条件下使用具有高可靠性的保障。

4.4、生理惰性

聚硅氧烷类化合物是已知的最无活性的化合物中的一种。它们十分耐生物老化，与动物体无排异反应，并具有较好的抗凝血性能。

4.5、低表面张力和低表面能

有机硅的主链十分柔顺，其分子间的作用力比碳氢化合物要弱得多，Si-O-Si主链高分子构造是螺旋状，甲基分布在外围，表面张力低，憎水性好因此，比同分子量的碳氢化合物粘度低，表面张力弱，表面能小，成膜能力强。这种低表面张力和低表面能是它获得多方面应用的主要原因：疏水、消泡、泡沫稳定、防粘、润滑、上光等各项优异性能。

五、性能参数

5.1、表干时间

表干时间，俗称表面不粘手时间，是指在特定的环境温度和湿度下，硅橡胶暴露在大气环境里固化过程中，用手指触摸表面，黏性消失，不黏手的时间。是有机硅胶非常重要的参数之一。表干时间也称为操作时间。硅胶从暴露在空气中那一刻起，就开始固化，所以硅胶必须在表面固化之前消耗掉，否则将大大降低其性能。单组分有机硅胶固化顺序是由表及里，且其表干时间短，适合于人工打胶，而双组份有机硅胶适合大规模自动化生产。

表干时间与硅胶中催化剂和交联剂的用量有关，用量越大，表干时间越短。

一般情况下，表干时间控制在5~15min左右，保证有足够的操作时间。

另外，单组份硅胶的表干时间要短于双组份有机硅胶。

5.2、固化时间

固化时间是指在化工产品中，液体胶黏剂粘合或密封工程材料的凝固时间。两个物体用胶粘剂粘接后，胶粘剂从液态到固态的凝固时间。单组份有机硅胶的固化时间和环境湿度有关，原因是单组分有机硅胶在固化时吸收空气中的水分而发生硫化反应。双组份有机硅胶在固化时不吸收水分。单、双组份有机硅胶固化时，温度都可以加速其固化，缩短固化时间。以双组份有机硅胶为例，在室温下完全固化需要24小时，而在150℃时只需1个小时。因此，温度可以控制有机硅胶的固化时间。

5.3、硬度

有机硅胶的硬度是指其完全固化后的软硬程度。有机硅胶在光伏组件中有缓冲机械冲力的作用，所以有机硅胶固化后软硬要是适中，一般要求硬度在25~50N/mm2左右。

5.4、拉伸强度

5.5、断裂伸长率

也称断裂伸长度，是指试样在拉断时的位移值与原长的比值。以百分比（%）表示。材料的拉伸过程一般是经过弹性变形阶段，达到屈服点之后发生塑性变形，达到断裂点后发生断裂。

一般所说的断裂伸长率是指整个过程的伸长率，而拉伸率一般说的是发生塑性变形后的阶段所产生的伸长率。

5.6、阻燃等级

阻燃性是指物质具有的或材料经处理后具有的明显推迟火焰蔓延的性质。

阻燃等级由HB，V-2，V-1向V-0逐级递增： HB：UL94和CSA C22.2 No 0.17标准中最底的阻燃等级。要求对于3到13 毫米厚的样品，燃烧速度小于40毫米每分钟；小于3毫米厚的样品，燃烧速度小于70毫米每分钟；或者在100毫米的标志前熄灭。 V-2：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在60秒内熄灭。可以有燃烧物掉下。 V-1：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在60秒内熄灭。不能有燃烧物掉下。 V-0：对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在30秒内熄灭。不能有燃烧物掉下。

一般而言，PVF的阻燃等级为V-1，PVDF和THV为V-0。PET需要添加阻燃剂方可以达到相应阻燃等级。

5.7、体积电阻率

体电阻是指单位长度、单位截面积的导体的电阻。有机硅胶在组件中起到电气绝缘的作用，保护组件被高压强电击穿。体积电阻率一般要求在1.0×1014Ω·cm以上。

体积电阻率和击穿强度是针对同一问题的两个参数，一般而言，击穿强度要大于18KV/mm。

六、注意事项

6.1、贮存

有机硅胶暴露于环境中会发生固化反应，尤其是单组份有机硅胶，固化时会吸收空气中的水分。另外，温度会加速有机硅胶的固化。因此有机硅胶产品应密封贮存于阴凉干燥环境中，贮存有效期一般为一年左右。

没有使用完的硅胶也要密封保存于阴凉干燥环境中，保存时间为24小时。

6.2、使用

· 所粘接的表面需保持清洁，如果表面有油污残留则会影响粘接。

· 请在通风良好的工作环境下使用有机硅胶产品。不慎接触眼睛和皮肤应立即冲洗、擦洗干净或由医生治疗。

· 可在-65℃至200℃的温度范围内长期使用。然而在温度范围的上下限，在材料的特殊性和表现可能变得复杂化，需要经过对您的部件或者组件进行检验才能核实。