OCA光学透明胶的超弹性力学性能表征方法研究

OCA光学透明胶的超弹性力学性能表征方法研究

鄢智慧 ,林克华 ,林克兴

福建友谊胶粘带集团有限公司福建省福清市  350300

 福建友谊胶粘带集团有限公司 福建省福州市福清市 350300

福建友谊胶粘带集团有限公司 福建省福州市福清市 350300

摘要：OCA光学透明胶具有较强的光学性能、耐老化性能以及粘结性能，近几年被广泛地应用在触控显示屏、智能手机、电子阅读器以及平板电脑等消费性电子设备当中。OCA光学透明胶能够有效提升电子产品的视觉效果、外观美感，同时也能够将触控传感器进行粘合。可以说柔性显示屏幕是未来科技发展的重要研究方向，本文结合OCA光学透明胶特性对其超弹性力学性能表征方法进行研究。

关键词：OCA光学透明胶；超弹性力学性能；表征模型

柔性屏幕中通常会采用OCA光学透明胶材料对各个膜层进行粘接。但屏幕变形时的OCA光学透明胶材料存在着较为复杂的力学行为，极容易出现粘性流动情况，这样就会影响屏幕的平整度，会形成波纹的情况。对OCA光学透明胶的力学本构模型进行分析时主要基于波纹显示效应理论，通过力学性能的测试来对OCA光学透明胶形变模式下的应力应变进行分析研究，通过维象模型来构建OCA光学透明胶的超弹性本构模型。

1、OCA光学透明胶的特性

1.1光学性能优异

OCA光学透明胶的透光率在可见光波的范围内能够达到99%，雾度能够达到0.5%的水平，确保高清晰度和高透光性。除了透光率较高以外，光学透明胶的折射系数也较低，无限接近普通玻璃和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等需要粘接的材料。

减少了由于空气折射率(nA≈1.0)和被粘接材料差异较大而产生的反射损失，提高了图像对比度。

1.2 ITO兼容性良好

光学透明胶用于触摸屏传感器粘接，常直接接触IT0涂层，若光学胶的酸性高，二者之间会发生反应，传感器的电阻变大，导致触摸屏灵敏度降低，甚至无法工作。3M开发了无酸配方的光学透明胶，提供了良好的IT0兼容性，可以用于直接和裸露的IT0层粘接并保证良好的稳定性。不同类型的光学透明胶对触摸屏ITO电阻值的影响差异很大。经过长时间老化测试后，当电阻值变化大于裸露IT0自身电阻值变化时，则表明光学透明胶和IT0涂层的兼容性差，不适合用于直接粘接IT0涂层的材料。

1.3抗气泡性能极强

OCA光学透明胶在使用的过程中主要需要粘接玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等。其中聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯两种材料使用时会释放出许多小分子，导致气泡的产生，对产品外观以及粘接的效果会产生不良的影响。对于这种释气性较强的材料，十分适合采用OCA光学透明胶，通过对两种光学透明胶的抗气泡效果测试能够看出通过3d的高温高湿老化测试之后，粘接的部分并没有出现气泡，可以证明光学透明胶具有较强的抗气泡性，表1所示。

表1光学透明胶抗气泡性测试

1.4抗老化性能优异

OCA光学透明胶的抗老化性能较为优越，在高温低温、高低温循环、高湿度以及强紫外光照射的极限条件应用环境中也能够保障长期的性能稳定。对OCA光学透明胶进行不同条件下的老化情况进行测试后能够看出其透光率并没有明显的变化（表2所示），而且光学透明胶的b值并不存在较为明显的变化。光学透明胶在老化测试中没有出现变黄、浑浊、分层、气泡等现象，由此可以说明光学透明胶能够保持较强的粘接性能。

表2 光学透明胶老化性测试结果

注：a*、b*是一个三维色彩空间的互相垂直的3个坐标轴，a*轴是红-绿色轴，b*轴是黄-蓝色轴。b*值可表示其耐黄变性能。

2、光学透明胶的超弹性力学性能表征方法

2.1实验测试

OCA光学透明胶能够在材料发生剧烈变形的情况下自动恢复都初始的状态，能够满足超弹性材料的要求，主要采用超弹性本构模型对OCA光学透明胶的弹性力学行为进行研究。传统的超弹性材料在应力应变的分析方面通常采用单轴双轴的试验以及平面试验等三种方法。但因OCA光学透明胶具有较低的模量，市面上的双轴及平面的拉伸试验机很难精准地对OCA光学透明胶的应力变化进行获取。因此需要采用具有较高精密度的旋转流变仪和动态机械分析仪来对其拉伸情况进行应力应变测试。试验前需要进行试样的准备，将OCA光学透明胶进行叠层粘接，厚度设定为1mm，后按照具体要求进行切割，进行DMA拉伸测试时拉伸的速率按照ASTM标准D412，剪切测试采用旋转流变仪，剪切应变的速率设置为0.01s。

2.2超弹性本构模型构建

超弹性材料的基础物理性质并不能进行能量的消耗，因此次其本构关系可以采用应变能密度函数进行计算：

公式中代表变形张量中的不变量，其与主伸长率的关系为：

公式中为主应变，为材料体积变化表征，OCA胶材通常认为是不可压缩的，则：

将应变能密度函数带入主伸长率进行计算，能够得出得出应力张量与主伸长率的关系公式为：

公式中为静水压力。

2.3应变能密度函数与变形模式

超弹性材料在应变能的密度函数方面包含了统计热力学模型和维象模型两种，其中维象模型又包括了减缩多项式模型、多项式模型等，减缩多项式模型具有较高的实验拟合精度和收敛性较强的仿真计算能力，得到了广泛的应用。统计热力学模型则主要采用Arruda-Boyce模型.下面将通过Arruda-Boyce模型的具体表达式来推导出材料的应力应变关系.

结合上面的公式可以得出具体的变形模式下，应力张量的表达式，单轴拉伸变形的状态下，拉伸应力的公式为：

材料的简单剪切变形状态下,剪切应力可表现为:

2.4 Arruda-Boyce模型

Arruda-Boyce模型基于非高斯统计理论进行计算的简单的热力学模型,应变能函数公式为:

公式中，代表表征剪切变形的材料常数。

将公式进行带入能够得出Arruda-Boyce模型的应力应变关系，单轴拉伸变形状态下，应力应变关系可表示为：

材料的简单剪切变形状态下,应力应变关系可表示为:

结束语：综上所述，对材料的超弹性行为进行描述主要采用应变能函数基础上的超弹性模型，本文对OCA光学透明胶的特性进行了阐述，对其拉伸和简单剪切变形状态下的应力应变进行了分析，通过超弹性本构模型构建和Arruda-Boyce模型计算出OCA光学透明胶的应变能函数,对其稳定性进行评估,最终得出与实验吻合精度较高高的本构模型和相应参数，这种算法也可以应用在一般胶黏剂材料的超弹性模型和参数拟合计算方面。

参考文献：

[1]武素盼,王峥,王凯,等.聚丁二烯丙烯酸酯液态光学透明胶的合成及其UV固化膜的性能[J].高分子通报,2020(4):7.

[2]杨青,王新.智能手机OLED屏幕中光学透明胶膜的应用及其特性[J].中国胶粘剂,2022(031-001).

[3]许家汉.光学透明胶的固化方法:,CN111592835A[P].2020.

[4]李敏.一种OCA光学胶分条机用胶黏带切断装置:,CN210795253U[P].2020.

[5]何国恒,张鹏,夏剑辉.光学透明的硅烷改性聚氨酯胶粘剂的研究[J].粘接,2022(049-003).

鄢智慧（工作单位：福建友谊胶粘带集团有限公司福建省福清市350300）

鄢智慧（1987.9），男汉族湖南省常德市人，大专，从事 VHB 胶带、OCA 光学胶、硅油离型等系列项目研发。

毕业院校：长沙南方职业学院
林克华（工作单位：福建友谊胶粘带集团有限公司福建省福州市福清市350300）

林克华（1996.08），男汉族福建省福州市福清市人，硕士，从事高分子材料和复合材料的研究，包括对材料化学成分和组织结构的分析方法、材料制造过程的质量监控、材料的改进技术等的研究。

胶粘带制品及其基材毕业院校：华南理工大学
林克兴（工作单位：福建友谊胶粘带集团有限公司福建省福州市福清市350300）

林克兴（1986.10），男汉族福建省福州市福清市人，学士，有从事胶粘带制品、橡胶制品相关技术研究、产品开发等多年的工作经验，福建省包装联合会副会长，第十九届福建省优秀企业家。

毕业院校：福州大学