Les adhésifs optiquement transparents (OCA) sont le matériau de base de l'électronique flexible et l'étude de leur comportement mécanique dans des environnements de fortes contraintes, de température et d'humidité est essentielle à la conception fiable des écrans pliables. Les études existantes sont largement limitées à de petites déformations (< 100%) et à des conditions environnementales conventionnelles, les Oca pouvant résister à des environnements de température et à des déformations importantes allant jusqu'à 1 000% dans des applications pratiques, et les modèles viscoélastiques linéaires traditionnels ont du mal à décrire la réponse mécanique complexe des Oca. Par conséquent,Équipe de professeur agrégé Yuan Hongyan, Université des sciences et technologies du SudOn a étudié le comportement mécanique des grandes déformations de l'OCA à différentes plages de température, niveaux d'humidité et taux de déformation, et on a établi un modèle de sa structure viscoélastique non linéaire.

Cet article a été soumis à des essais de traction uniaxiale, de cisaillement simple (déformation 1000%) et de fluage de 10 heures à différentes températures (- 40 ° C à 80 ° c) et taux de déformation (0,01 à 5 s⁻¹) dans une atmosphère humide à 95% HR (Figure 1). Le rapport de poisson de l'OCA, μ ≈ 0,46, a été mesuré à l'aide de la technologie de corrélation d'image numérique (DIC), vérifiant les propriétés presque incompressibles du matériau (Figure 5).

Figure 1 schéma de chargement des essais mécaniques (Traction, cisaillement, fluage, flexion)

Les résultats expérimentaux montrent que le module de l'OCA présente une dépendance importante à la température: baisse de 84% du module de - 40°C à 25°C, baisse supplémentaire de 41% de 25°C à 80°c, module de cisaillement jusqu'à 262,3 kPa à basse température (- 40°C) et forte baisse jusqu'à 20 kPa à haute température (80°c) (Figure 2). Dans les essais de fluage, les matériaux Oca subissent une défaillance rapide due à l'érosion par la vapeur d'eau provoquée par un environnement à haute température et à forte humidité (80°c, 95% HR), avec une déformation à la rupture proche de 1500% (Figure 3). Mais les variations d'humidité à température normale ont un faible impact sur le module. L'effet de la vitesse de déformation s'est traduit par une augmentation de la valeur de la contrainte à 5 s⁻¹ par un facteur 2 par rapport à 0,01 s⁻¹, et par un affaiblissement significatif de la réponse viscoélastique de l'OCA à des températures élevées.

Figure 2 (A) Essai de traction à différentes vitesses de déformation à 25 °C, (b) Essai de cisaillement à différentes vitesses de déformation à 25 °C, (c) Essai de cisaillement à différentes vitesses de déformation à 80 °C

Figure 3 (A) Résultats de cisaillement simple à différentes températures, (b) Résultats de traction à basse température et (c) Essai de fluage sous une contrainte de 50 kPa à différentes températures

Cet article décrit la réponse élastique non linéaire d'un matériau à l'aide d'un modèle hyperélastique Yeoh du troisième ordre, combiné à un modèle généralisé de Maxwell (série de Prony) pour caractériser sa viscoélasticité, repoussant les limites de l'hypothèse traditionnelle de la viscoélasticité linéaire. Au cours du processus de détermination des paramètres, la détermination innovante des paramètres du modèle Yeoh et du modèle de série Prony indépendamment pour chaque point de température évite les problèmes de défaillance de la théorie traditionnelle de l'équivalence temps - température (équation wlf) sous de grandes contraintes, améliorant considérablement la précision du modèle. La plausibilité du modèle et des paramètres a été vérifiée par la simulation de flexion en trois points, et les résultats de la simulation ont montré que l'expérience coïncidait avec la courbe de force - déplacement simulée, répétant avec succès les phénomènes d'hystérésis viscoélastique et de relaxation des contraintes.

Figure 4 schéma de chargement en trois points FEM et diagramme de nuage de contraintes

Figure 5 (A) Essai de flexion en trois points (chargement - déchargement), (b) Résultats de l'essai de chargement - maintien - déchargement par rapport au FEM, (c) 10, (d) 60, (e) 300, (f) Comparaison des résultats de l'essai de chargement - déchargement par Rapport au FEM à différents temps de maintien de 600 s (g) distribution de taches DIC et rapport de poisson

En résumé, cette étude a mené une étude systématique du comportement mécanique des grandes contraintes de l'OCA dans des dispositifs électroniques flexibles dans différentes conditions de température, de vitesse de déformation et d'humidité, par des méthodes expérimentales et numériques. Une méthode commune d'analyse des propriétés mécaniques des matériaux mous tels que l'OCA est proposée, y compris l'essai des matériaux, l'étalonnage des paramètres constitutifs, la validation et l'application de modèles et de paramètres à des simulations par éléments finis du comportement mécanique complexe de grandes déformations. Ce modèle de configuration se concentre principalement sur la relation contrainte - déformation de l ` Oca. Au cours de grandes déformations, le réseau moléculaire Oca peut être perturbé, ce qui entraîne des phénomènes tels que la rétraction, et les modèles existants ne tiennent pas compte de ces mécanismes de dommages.

Il a été publié dans le Journal of Applied Polymer Science sous le titre « large strain Mechanical Behaviors of Optically Clear Adhesives for Flexible Electronic Devices Under Different Temperature, humidity, and Strain rates ».