Оптический прозрачный клей (OCA) является основным материалом для гибких электронных устройств, и изучение его механического поведения в условиях больших деформаций, температуры и влажности имеет решающее значение для надежной конструкции складного экрана. Существующие исследования в основном ограничены небольшими деформациями (< 100%) и обычными условиями окружающей среды, в практическом применении OCA может выдерживать температурные условия и большие деформации до 1000%, традиционные линейные вязкоупругие модели трудно описать сложные механические реакции OCA. Поэтому,Адъюнкт - профессор Юань Хуньянь, Южный университет науки и техникиИзучалось механическое поведение OCA при больших деформациях в различных температурных диапазонах, уровнях влажности и темпах деформации, и была разработана модель нелинейной вязкостно - упругой структуры.

В этой статье при влажности 95% RH проводится одноосное растяжение, простой сдвиг (деформация 1000%) и 10 - часовое испытание на ползучесть при различных температурах (от - 40°C до 80°C) и темпах деформации (0,01 - 5s ⁻1). Используя технологию, связанную с цифровыми изображениями (DIC), OCA измерила соотношение Пуассона и μ EE 0.46, подтвердив почти несжимаемые свойства материала (рисунок 5).

Рисунок 1 Схема загрузки механических испытаний (растяжение, сдвиг, ползучесть, изгиб)

Экспериментальные результаты показали, что модуль OCA демонстрирует значительную температурную зависимость: при повышении с - 40°C до 25°C модуль падает на 84%, от 25°C до 80°C падает еще на 41%, при низких температурах (- 40°C) модуль сдвига достигает 262,3 кПа, а при высоких температурах (80°C) резко падает до 20 кПа (рис. 2). В испытаниях на ползучесть из - за эрозии водяного пара, вызванной высокотемпературной и высоковлажной (80°C, 95% RH) средой, происходит быстрый отказ материала OCA, деформация разрушения которого приближается к 1500% (рис. 3). Однако изменение влажности при комнатной температуре оказывает слабое влияние на модуль. Эффект скорости деформации проявляется в 2 - кратном увеличении значения напряжения при 5s ⁻1 по сравнению с 0,01s ⁻1, при высокой температуре вязкостно - упругая реакция OCA значительно ослаблена.

Рисунок 2 (a) Испытания на растяжение при различных скоростях деформации при 25°C, b) испытание на сдвиг при различных скоростях деформации при 25°C, c) 65°C и d) 80°C

Рисунок 3 a) Результаты простого сдвига при различных температурах, b) результаты низкотемпературного растяжения и c) испытания на ползучесть при напряжении 50 кПа при различных температурах

В этой статье используется трехступенчатая сверхупругая модель Yeoh для описания нелинейной упругой реакции материала, в сочетании с обобщенной моделью Максвелла (ряд Прони) для представления его вязкостно - упругости, преодолевая ограничения традиционной линейной гипотезы вязкости. В процессе определения параметров параметры модели Еоха и модели рядов Прони определяются независимо от каждой точки температуры, что позволяет избежать проблем с отказом от традиционной теории эквивалентности времени и температуры (уравнения WLF) при больших деформациях и значительно повышает точность модели. Рациональность этой модели и параметров была проверена с помощью трехточечного моделирования изгиба. Результаты моделирования показали, что эксперимент соответствует имитируемой кривой силы - смещения и успешно воспроизводит вязкостно - упругое замедление и релаксацию напряжений.

Рисунок 4 Схема загрузки и карта облака напряжений FEM

Рисунок 5 (a) Испытание на изгиб в трех точках (загрузка - разгрузка), (b) Результаты испытаний на изгиб при загрузке - удержании - разгрузке и FEM, (c) 10, (d) 60, (e) 300, (f) 600 s Сравнение результатов испытаний на загрузку - разгрузку с FEM (g) Распределение рассеянных пятен DIC и отношение Пуассона

Подводя итог, это исследование систематически изучало механическое поведение OCA в гибких электронных устройствах при различных температурах, скоростях изменения напряжения и влажности с помощью экспериментальных и численных методов. Предлагается общий метод анализа механических свойств мягких материалов, таких как OCA, включая испытания материалов, калибровку собственных параметров, проверку и применение моделей и параметров к ограниченному метамоделированию сложного механического поведения больших деформаций. Эта структура модели в основном фокусируется на соотношении напряжения - деформации OCA. Во время больших деформаций молекулярная сеть OCA может быть повреждена, что, в свою очередь, приводит к таким явлениям, как сужение шеи, и существующие модели не учитывают эти механизмы повреждения.

Статья была опубликована в журнале « Large strain mechanical behaviors of optically clear adhesives for flexible electronic devices under different temperature, humidity and strain rates».