Wie führt Silikon-PSA den Wandel in der Branche an?

Silikon-Haftklebstoffe als eine Klasse von Silikonpolymeren bilden den Kern funktionaler Klebstoffmaterialien. Ihr Wert zeigt sich nicht nur in der grundlegenden Haftleistung, sondern auch in ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Umgebungsbedingungen und ihrer materialwissenschaftlichen Gestaltungsfreiheit. Wie treibt der Silikon-Haftklebstoff den Wandel in der Branche voran?

Silikon-PSA bietet erhebliche Vorteile: Es verfügt über eine hervorragende Temperaturbeständigkeit und ist bei Temperaturen von bis zu -65 ℃ bis 300°C ℃ under extreme temperatures to maintain stability, suitable for high-temperature electronic equipment and low-temperature environments. Strong weather resistance, high resistance to UV, ozone, and other environmental factors, and  long outdoor service life. Excellent chemical stability, resistant to a wide range of acids, alkalis, and solvents. In addition, good adhesive strength with light pressure to difficult-to-bond materials such as PTFE, and good exhaust performance in the bonding process to ensure tight bonding.

Die folgenden fünf Aspekte der technologischen Innovation und Anwendungsbereiche von Silikon-Haftklebstoffen:

• Wie setzt sich Silikon-PSA zusammen?
• Welche Eigenschaften weist Silikon-PSA auf?
• In welchen Anwendungsbereichen kommt Silikon-PSA zum Einsatz?
• What is the technology innovation direction of  Silicone PSA?
• Wie lässt sich die Leistung von Silikon-PSA verbessern?

1. Wie setzt sich Silikon-PSA zusammen?

Das Formulierungssystem für silikonbasierte Haftklebstoffe beruht im Wesentlichen auf der Mikrophasenregelung von Silikonharz und Silikonkautschuk; seine Leistungsvorteile ergeben sich aus dem Synergieeffekt dieser beiden Komponenten:

(1) Silikonharz (MQ-Harz):

MQ-Harz besteht aus monofunktionellen (M-Einheit, R3SiO1/2) und tetrafunktionellen (Q-Einheit, SiO4/2) Strukturen, die durch eine Hydrolyse-Polykondensationsreaktion ein dreidimensionales Netzwerkgerüst bilden. Dabei können die organischen Gruppen (z. B. Methyl, Phenyl) in der M-Einheit die Polarität des Harzes regulieren, während die Q-Einheit die Vernetzungsdichte bestimmt. Beispielsweise kann in Hochtemperatur-Klebstoffformulierungen die Verwendung von Phenyl anstelle von Methyl die Hitzebeständigkeit verbessern (die Glasübergangstemperatur Tg steigt auf über 200 ℃), und eine Erhöhung des Anteils der Q-Einheit kann die Verankerungskraft auf dem Metallsubstrat verstärken.

(2) Silikonkautschuk (PDMS):

The long-chain linear structure of polydimethylsiloxane (PDMS) (molecular weight usually 500,000-1,000,000) gives the system flexibility. The energy storage modulus (G’) of the colloid can be precisely controlled by adjusting the mass ratio of PDMS to MQ resin (typical range 1:1 to 4:1). For example, when the percentage of PDMS is increased, G’ decreases from 10^5 Pa to the 10^4 Pa level, and the colloid shifts from hard bonding to soft cushioning characteristics, which is suitable for shock-absorbing bonding in vibration environments.

(3) Vernetzungssystem:

Die platinkatalysierte Additionshärtung (Hydrosilylierung) ist derzeit das gängigste Verfahren, bei dem durch die quantitative Reaktion zwischen der Si-H-Bindung und Vinyl eine kontrollierte Vernetzung erreicht wird. Im Vergleich zur herkömmlichen Peroxidhärtung ist das platinkatalysierte System, bei dem keine Nebenprodukte freigesetzt werden, besonders für Klebstoffe in medizinischer oder optischer Qualität geeignet. Beispielsweise bleibt ein medizinischer Wundverbandklebstoff, der einen verzögernd wirkenden Platin-Katalysator verwendet, bei Raumtemperatur flüssig, um das Auftragen zu erleichtern, und wird auf 80 ℃ nach 10 Minuten, um die Aushärtung abzuschließen und Schäden am wärmeempfindlichen Untergrund durch hohe Temperaturen zu vermeiden.

(4) Funktionelle Füllstoffe:

Durch Zugabe von Aluminiumnitrid (AlN, Wärmeleitfähigkeit 320 W/m·K) mit optimierter Partikelgrößenverteilung oder von oberflächenmodifiziertem Aluminiumoxid (Wärmeleitfähigkeit 30 W/m·K) lässt sich der Wärmewiderstand des wärmeleitenden Klebstoffs auf unter 0,5 senken. ℃-cm²/W. Für leitfähigen Klebstoff: silberbeschichtetes Kupferpulver (Partikelgröße 5–10μm, beladen mit 60–70 wt%, kann der spezifische Volumenwiderstand unter 0,01 gehalten werden Ω-cm gleichzeitig, die Kostenkontrolle beim reinen Silberfüllstoff beträgt 1/3.

2. Welche Eigenschaften weist Silikon-PSA auf?

(1) Hohe Temperaturbeständigkeit:

Die Bindungsenergie der Silizium-Sauerstoff-Bindung (Si-O) beträgt bis zu 452 kJ/mol und liegt damit deutlich über der der C-C-Bindung (347 kJ/mol), was die Grundlage für die Hitzebeständigkeit bildet. Nehmen wir als Beispiel einen typischen druckempfindlichen Silikonklebstoff in Elektronikqualität: Nach einer Alterung bei 250 ℃ für 1000 Stunden, das sind 180 ℃ Die Abziehfestigkeitserhaltungsrate liegt immer noch bei über 80%, während der Acrylatklebstoff unter diesen Bedingungen vollständig verkohlt ist und versagt hat. Besonders bemerkenswert ist, dass durch den Einsatz hitzebeständiger Additive (wie beispielsweise Ceroxid) die bei hohen Temperaturen entstehenden freien Radikale abgefangen werden können, wodurch die thermische Zersetzungstemperatur von 300 ℃ bis 450 ℃, um den Anforderungen an die Kabelbefestigung im Triebwerksraum von Luft- und Raumfahrzeugen gerecht zu werden.

(2) Chemische Inertheit:

Die Methylgruppe der PDMS-Molekülkette bildet eine dichte hydrophobe Schicht, die das Eindringen polarer Lösungsmittel wirksam verhindern kann. Testdaten zeigen, dass sich die Dicke der Klebeschicht nach 24-stündigem Eintauchen in konzentrierte Schwefelsäure (98%) um <5% ausdehnt, während sich Acrylatkleber um mehr als 200% ausdehnt. Zudem liegt der UV-Absorptionspeak des Siloxan-Netzwerks im kurzwelligen Bereich (<250 nm), der deutlich unter der UV-Intensität des Sonnenspektrums am Boden (280–400 nm) liegt, sodass die Lebensdauer im Außenbereich mehr als 20 Jahre betragen kann, was mehr als dem Dreifachen der Witterungsbeständigkeit von Polyurethan-Klebstoff entspricht.

(3) Elektrische Leistung:

Bei einer hohen Frequenz von 10 GHz beträgt die Dielektrizitätskonstante (ε) des Silikon-Haftklebstoffs liegt stabil bei 2,8–3,2, und der Verlustfaktor (tanδ) beträgt <0,002 – eine Eigenschaft, die es zur idealen Wahl für die Verkapselung von 5G-Millimeterwellen-Antennenmodulen macht. So setzte beispielsweise ein Hersteller von Basisstationsantennen eine maßgeschneiderte Silikon-Klebefolie anstelle von herkömmlichem Epoxidharz ein, um den Signalübertragungsverlust von 0,15 dB/cm auf 0,03 dB/cm zu reduzieren und gleichzeitig das durch die Fehlanpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) verursachte Problem der Rissbildung an der Schnittstelle zu lösen.

(4) Biokompatibilität:

Der Schlüssel zum Bestehen des Zytotoxizitätstests gemäß ISO 10993-5 liegt in der Kontrolle der Restmenge an zyklischen Siloxanen mit niedrigem Molekulargewicht (D4-D6). Das fortschrittliche Verfahren nutzt molekulare Destillation, um den D4-Gehalt von den herkömmlichen 500 ppm auf unter 50 ppm zu senken, und reduziert die Proteinadsorption durch Oberflächenpfropfung von Polyethylenglykol (PEG)-Kettensegmenten. Ein Befestigungsband für Herzschrittmacher wurde im Rahmen einer 30-tägigen In-vivo-Implantation getestet; der Grad der Entzündungsreaktion lag bei 0 (keine Reizung), während das herkömmliche Acrylatband den Grad 2 (mäßige Reizung) aufwies.

XJY-301 Silikon-Haftkleber

Es wird aus einer speziellen Zusammensetzung aus Silikonharz und hochmolekularem Polydimethylsiloxan in Verbindung mit organischen Klebstoffen für bestimmte Anwendungsbedingungen hergestellt.

Im Vergleich zu Naturkautschuk zeichnet es sich durch Hitzebeständigkeit, hohe Stabilität, gute elektrische Isolierung, gute Transparenz, hohe Schälhaftung und chemische Beständigkeit aus. In der industriellen Produktverarbeitung, der Elektronikfertigung, bei optischen Materialien, im Gesundheitswesen sowie bei Glimmerklebebändern, Spleißbändern, Schutzfolien und in anderen Bereichen finden die PSA-Eigenschaften ein breites Anwendungsspektrum.

3. In welchen Anwendungsbereichen kommt Silikon-PSA zum Einsatz?

3.1 Elektro- und Elektronikindustrie: 

Befestigung flexibler Leiterplatten (FPC):

In the folding screen phone, the hinge area FPC needs to withstand more than 200,000 times of dynamic bending. By optimizing the modulus gradient design, the silicone pressure-sensitive adhesive adopts a low-modulus adhesive (G’=5×10^4 Pa) in the bending area to absorb stress, and a high-modulus adhesive (G’=2×10^5 Pa) am festen Ende, um Kriechen zu verhindern, wodurch die Ausfallrate erfolgreich von ursprünglich 15% auf unter 0,3% gesenkt werden konnte. Was die Kosten betrifft, so ist der Stückpreis von organischem Silikon zwar dreimal so hoch wie der von Acrylatklebstoff, doch sanken die Gesamtkosten für die Stückliste (BOM) um 12%, da weniger Strukturkomponenten wie Abschirmungen verwendet wurden.

(2) Wärmeleitmaterialien für Chips:

Nehmen wir als Beispiel einen GPU-Chip: Durch den Einsatz eines mit Bornitrid gefüllten Silikon-Wärmeleitklebers (12 W/m·K) anstelle des herkömmlichen Silikonfetts lässt sich der thermische Übergangswiderstand von 0,8 ℃ – cm ² / W auf 0,3 gesunken ℃ – cm ² / W, die Chip-Übergangstemperatur sank um 18 ℃, derselbe Stromverbrauch bei gleicher Rechenleistung, reduziert um 7%. Besonders bemerkenswert ist, dass sich dank seiner thixotropen Eigenschaften die Dicke der Klebeschicht auf 50±5μm unter vertikalen Einbaubedingungen, wodurch das Problem ungleichmäßiger Dicken vermieden wird, das durch die Beweglichkeit herkömmlicher Phasenwechselmaterialien verursacht wird.

(3) Anwendungen im Bereich der elektromagnetischen Abschirmung:

Die Abschirmhaube für 5G-Basisstationen erfordert eine Oberflächenimpedanz von <0,1 Ω/sq und langfristige Korrosionsbeständigkeit im Salznebel. Durch die Kombination von Silbernanodrähten (Durchmesser 50 nm, Seitenverhältnis > 1000) und einem Silikonharz-Verbundwerkstoff wurde eine sowohl leitfähige als auch flexible Klebefolie entwickelt. Bei einem Test an einer Basisstation in Küstennähe lag die Abschirmwirksamkeit nach 2000 Stunden Salznebelprüfung weiterhin bei über 60 dB, während die leitfähige Epoxidharzbeschichtung aufgrund von Silbermigration zu einem Rückgang der Dämpfungswirksamkeit auf 40 dB führte.

3.2 Medizin und Gesundheitswesen

(1) Innovationen im Bereich medizinischer Verbandmaterialien:

Herkömmliche Hydrokolloid-Verbände haben das Problem, dass sie nach der Aufnahme von Exsudat an Viskosität verlieren. Durch die Einführung einer mikroporösen Struktur (Porengröße 20–50μm) behält das neue organische Silikagel seine Luftdurchlässigkeit bei (MVTR > 2000 g/m²/day) while realizing directional fluid management – the upper layer of hydrophobic silica gel blocks bacterial invasion, and the lower hydrophilic modified layer guides the lateral diffusion of exudate, which extends the adherence maintenance time from 3 days to 7 days. to 7 days. Clinical data shows that the chronic wound healing cycle is shortened by 30% and dressing change frequency is reduced by 50%.

(2) Medizinische Wearables:

Sensoren für die kontinuierliche Glukoseüberwachung (CGM) erfordern, dass das Kolloid auch bei Eintauchen in Schweiß eine Haftkraft von >1 N/cm aufrechterhält. Durch den Aufbau einer bionischen Mikrosäulen-Array-Struktur (100 μm Durchmesser und 200 μm Höhe) wird die Nasshaftung des organischen Silikagels auf 80% des trockenen Zustands erhöht, und ein “kontrollierter Ausfall” Beim Abziehen wird dieser Modus angewendet, um eine Beschädigung der Epidermis zu vermeiden. Ein Produkttest zeigt, dass unter den schweißreichen Bedingungen beim Sport die Ablösequote nach 14 Tagen bei <2% liegt, während die Ablösequote des herkömmlichen medizinischen Acrylklebers bei 15% liegt.

(3) Transdermales Arzneimittelabgabesystem:

Am Beispiel des Fentanyl-Pflasters wird organisches Silikagel als Wirkstoffreservoir und gleichzeitig als Schicht zur kontrollierten Freisetzung verwendet, und seine dreidimensionale Netzwerkstruktur ermöglicht eine präzise Anpassung des molekularen Diffusionskoeffizienten. Durch Anpassung der Vernetzungsdichte wird die Schwankungsbreite der Wirkstofffreisetzung über 72 Stunden von ± 25% nach ± 8%, wodurch die Gleichmäßigkeit der Wirkstoffkonzentration im Blut deutlich verbessert und das Auftreten von Nebenwirkungen verringert wird.

4. What is the technology innovation direction of  Silicone PSA?

(1) Optimierung der Materialzusammensetzung

Funktionalisierter Füllstoff-Verbundwerkstoff: Durch die Zugabe von Graphen, Bornitrid und anderen Nanomaterialien wird ein druckempfindlicher Klebstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit (> 10 W/m·K) entwickelt, der entweder leitfähig ist oder als elektromagnetische Abschirmung dient;

Umweltfreundliches Lösungsmittelsystem: Entwicklung von wasserbasierten oder UV-härtbaren Silikon-Haftklebstoffen zur Reduzierung der VOC-Emissionen;

Dynamische reversible Verklebung: Basierend auf reversiblen chemischen Bindungen wie der Diels-Alder-Reaktion, um eine Mehrfachverklebung der Klebeschicht und ein zerstörungsfreies Ablösen zu erreichen.

(2) Technologische Innovation

Präzisionsbeschichtungstechnologie: ultradünne Beschichtung (<10μm) sowie strukturierte Beschichtungen, die den Anforderungen miniaturisierter elektronischer Bauelemente gerecht werden;

Online-Prüfsystem: in Kombination mit KI-Bildverarbeitung zur Erkennung von Fehlern in der Klebeschicht und zur Steigerung der Produktionsausbeute;

3D-Drucktechnologie: Entwicklung von extrusionsgeeigneten, druckempfindlichen Silikon-Klebstoffpasten für den 3D-Druck, um die Anwendungsmöglichkeiten für die Verklebung komplexer Strukturen zu erweitern.

(3) Aufkommendes Anwendungsgebiet

Flexible Elektronik: zum Verkleben im Scharnierbereich von Klapphandys und für dehnbare Schaltkreispakete;

Weltraumforschung: strahlungsbeständiger Haftklebstoff für den Einsatz in Solarmodulen von Satelliten;

Bionische Medizinprodukte: Hautähnlicher Elastizitätsmodul des Haftklebers für bionische Prothesenschnittstellen.

5. Wie lässt sich die Leistung von Silikon-PSA verbessern?

Haftklebstoffe auf Silikonbasis können im Gegensatz zu herkömmlichen Haftklebstoffen auf Acrylat- oder Kautschukbasis die Anforderungen im High-End-Bereich nur schwer erfüllen. Dank der einzigartigen physikalisch-chemischen Eigenschaften, die sich aus der Silikon-Hauptkette ergeben, haben sich Haftklebstoffe auf Silikonbasis in Bereichen wie der Präzisionselektronik, der Medizin- und Gesundheitsbranche sowie bei Fahrzeugen mit alternativen Antrieben als “unsichtbarer Beschützer”. Wie lässt sich die Wettbewerbsfähigkeit von Produkten verbessern?

XJY Silikone ist einer der führenden Silikon MQ-Harz und VMQ-Silikon Wir sind ein führender Hersteller in China mit mehr als 30 Jahren Erfahrung in der Forschung, Entwicklung und Produktion in der Silikonindustrie sowie mehr als 15 Patenten und technischer Unterstützung. Unser Silikon-Rohstoffprodukte können die Bedürfnisse der Haftkleberbereich und die Bereitstellung vielfältiger Angebote zu unterstützend maßgeschneiderte Lösungen.