Optischer transparenter Klebstoff (OCA) ist ein Kernmaterial für flexible Elektronik, und die Untersuchung seines mechanischen Verhaltens unter hohen Spannungen, Temperaturen und Feuchtigkeiten ist für die Zuverlässigkeit des Designs von klappbaren Bildschirmen von entscheidender Bedeutung. Die bestehenden Studien beschränken sich auf kleine Spannungen (<100%) und konventionelle Umgebungsbedingungen, OCA in praktischen Anwendungen kann Temperaturumgebungen und hohe Spannungen von bis zu 1000% widerstehen, und herkömmliche lineare klebrige Elastizitätsmodelle sind schwierig, komplexe mechanische Reaktionen von OCA zu beschreiben. Daher,Team von Yuan Hongyan, Associate Professor der Südlichen Universität für Wissenschaft und TechnologieEs wurde das starke spannungsmechanische Verhalten von OCA in verschiedenen Temperaturbereichen, Feuchtigkeitsniveaus und Dehnungsraten untersucht und ein Modell der nicht-linearen klebrigen Elastizität erstellt.

In diesem Artikel werden Einachsen-Dehnungen, einfache Schnitte (Dehnung 1000%) und 10-stündige Krümpfprüfungen bei unterschiedlichen Temperaturen (-40°C bis 80°C) und Dehnungsraten (0,01–5 s-¹) bei 95% RH durchgeführt (Abbildung 1). Die Messung des Poisson-Verhältnisses μ≈0,46 des OCA mit Hilfe der Digital Image Related Technology (DIC) bestätigte die Eigenschaften des Materials, dass es fast nicht komprimiert werden kann (Abbildung 5).

Abbildung 1 Belastungsdiagramm für mechanische Versuche (Dehnen, Schneiden, Kriechen, Biegen)

Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass das OCA-Modul eine signifikante Temperaturabhängigkeit aufweist: Bei einem Anstieg von -40 °C auf 25 °C sinkt das Modul um 84 %, bei 25 °C auf 80 °C um 41 %, bei niedrigen Temperaturen (-40 °C) bis zu 262,3 kPa und bei hohen Temperaturen (80 °C) bis zu 20 kPa (Abbildung 2). Durch Wasserdampferosion bei hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit (80 °C, 95 % RH) entsteht bei Kriechversuchen ein schneller Ausfall des OCA-Materials mit einer Bruchspannung von fast 1500 % (Abbildung 3). Die Feuchtigkeitsänderungen bei normaler Temperatur haben jedoch geringe Auswirkungen auf das Modul. Der Dehnungsgrad-Effekt zeigt sich durch eine doppelte Steigerung der Spannungswerte bei 5 s-1 im Vergleich zu 0,01 s-1 und eine deutliche Schwächung der OCA-klebrigen Elastizitätsreaktion bei hohen Temperaturen.

Abbildung 2 (a) Dehnungstests bei unterschiedlichen Dehnungsraten bei 25 °C, (b) Schnitttests bei unterschiedlichen Dehnungsraten bei 25 °C, (c) 65 °C und (d) 80 °C

Abbildung 3: a) einfache Schnittergebnisse bei unterschiedlichen Temperaturen, b) Tieftemperaturdehnungsergebnisse und c) Kriechversuche bei 50 kPa Spannung bei unterschiedlichen Temperaturen

Dieser Artikel beschreibt die nicht-lineare Elastizitätsreaktion eines Materials mit dem Yeoh-Hyperelastikumodell der dritten Reihe, das in Kombination mit dem allgemeinen Maxwell-Modell (Prony-Grad) seine klebrige Elastizität charakterisiert und die Grenzen der herkömmlichen Hypothese der linearen klebrigen Elastizität durchbricht. Während der Parameterbestimmung wurden die Parameter des Yeoh-Modells und des Prony-Modells unabhängig von jedem Temperaturpunkt bestimmt, um die Fehler der herkömmlichen Theorie der Zeit-Temperatur-Äquivalenz (WLF-Gleichung) unter großen Spannungen zu vermeiden und die Modellgenauigkeit deutlich zu verbessern. Die Rationalität des Konstruktionsmodells und der Parameter wurde durch die Dreipunkt-Biegungssimulation überprüft, und die Simulationsergebnisse zeigen, dass das Experiment mit der simulierten Kraft-Verschiebungskurve übereinstimmt und das Phänomen der viskoelastischen Verzögerung und der Spannungslackung erfolgreich reproduziert wurde.

Abbildung 4 FEM Drei-Punkt-Biegungslast-Diagramm und Spannungswolkendiagramm

Abbildung 5 (a) Dreipunkt-Biegeprüfung (Laden-Entladen), (b) Laden-Halten-Entladen-Testergebnisse mit FEM, (c) 10, (d) 60, (e) 300, (f) Vergleich der Laden-Entladen-Testergebnisse mit FEM bei unterschiedlichen Haltezeiten von 600 s (g) DIC-Fleckenverteilung und Poisson-Verhältnis

Zusammenfassend untersucht diese Studie systematisch das starke spannungsdynamische Verhalten von OCA in flexiblen Elektronikgeräten unter unterschiedlichen Temperaturen, Dehnungsraten und Luftfeuchtigkeitsbedingungen durch experimentelle und numerische Methoden. Eine allgemeine Methode zur Analyse der mechanischen Eigenschaften von weichen Materialien wie OCA wurde vorgeschlagen, einschließlich Materialprüfung, Kalibrierung von eigenständigen Parametern, Validierung und Anwendung von Modellen und Parametern in der Simulation von Endelementen für komplexes kinetisches Verhalten mit großen Spannungen. Dieses Konstruktionsmodell konzentriert sich hauptsächlich auf die Stress-Stress-Beziehung von OCA. Während großer Spannungen können OCA-molekulare Netzwerke zerstört werden, was zu Phänomenen wie Halsverschrumpfung führt, die in bestehenden Modellen nicht berücksichtigt werden.

Die Studie ist unter dem Titel „Large strain mechanical behaviors of optically clear adhesives for flexible electronic devices under different temperature, humidity, and strain rates“ im Journal of Applied Polymer Science veröffentlicht worden.