Каковы рабочие характеристики силиконовых клеев-расплавов?

Перспективы рынка силиконовых самоклеящихся клеев: в ближайшие несколько лет ожидается продолжение роста. На фоне бурного развития электроники, автомобилестроения, строительства и других отраслей растёт спрос на высокоэффективные и экологически безопасные силиконовые самоклеящиеся клеи. Особенно в сфере транспортных средств на новых источниках энергии и «умных» домов спрос на их применение значительно вырос. Каковы технические требования к силиконовым самоклеящимся клеям?

Силиконовый самоклеящийся клей (PSA) стал незаменимым функциональным материалом в современной промышленности благодаря своей уникальной химической инертности, устойчивости к экстремальным температурам, биосовместимости и регулируемым вязкоупругим свойствам. Силиконовый клей, чувствительный к давлению, способен склеивать различные трудносклеиваемые материалы, такие как полиолефины без предварительной обработки поверхности, фторпласты, полиимид и поликарбонат. Кроме того, он обладает хорошими диэлектрическими свойствами и стойкостью к старению, а также устойчив к воздействию ультрафиолетового излучения, озона и других факторов окружающей среды.

Внедрение силиконового самоклеящегося материала (PSA) включает пять аспектов:

• Каков химический состав силиконового PSA?
• Медицина и здравоохранение
• Сфера производства электронных устройств
• Промышленное производство и перспективные отрасли

1. Каков химический состав силиконового PSA?

1.1 Исходный полимер: полидиметилсилоксан (PDMS)

Основная цепь PDMS состоит из чередующихся атомов кремния (Si) и кислорода (O) (-Si-O-Si-), причем каждый атом кремния связывает две метильные группы (-CH₃) с образованием спиралевидной гибкой цепи. Характеристики химической связи следующие:

(1) Энергия связи Si-O: 452 кДж/моль (что значительно превышает значение для связи C-C — 348 кДж/моль), что обеспечивает высокую термическую стабильность;

(2) Угол связи и степень свободы вращения: угол связи Si-O-Si составляет около 143°, а барьер свободной энергии вращения составляет всего 0,8 кДж/моль, что придает молекулярной цепи исключительную гибкость;

(3) Распределение молекулярной массы: обычно выбирают PDMS с молекулярной массой 200 000–500 000, при этом необходимо тщательно удалить фракцию с низкой молекулярной массой (<5%), чтобы избежать миграции.

1.2 Смола-адгезив: смола MQ

MQ resin is condensed from monofunctional trimethylsiloxane (M unit, (CH3)3SiO1/2(CH3)3SiO1/2) and tetrafunctional silicon dioxide (Q unit, SiO4/2SiO4/2), its The M/Q ratio (typically 0.6-0.8) determines the tackifying efficiency of the resin, and the MQ resin is physically entangled with the PDMS chains to form a hydrogen-bonding network, which lowers the energy storage modulus (G’) and improves adhesion;

Температура размягчения составляет 80–150°C и сохраняет адгезию при высоких температурах; как правило, массовое соотношение PDMS к смоле MQ составляет от 1:0,5 до 1:1,2.

1.3 Система сшивания

(1) Перекрестное сшивание пероксидом

Распространенные сшивающие агенты: диизопропилпероксид (DCP), бензоилпероксид (BPO).

Механизм реакции: высокая температура (>160 ℃) разложение свободных радикалов, захват атома водорода метильной группы в цепи PDMS, образование межцепочечных сшивок;

Регулирование плотности сшивания: добавление DCP в количестве 0,5–2 phr (на 100 смолы), плотность сшивания до 1 × 10-⁴ mol/cm³ (определено методом растворения);

(2) Сшивание путем присоединения под действием платинового катализатора

Водородсодержащее силиконовое масло (Si-H) и винилсиликоновое масло (Vi-PDMS) под действием платинового катализатора вступают в реакцию гидрирования-силанирования.

Данная система сшивания не образует побочных продуктов, обладает длительным сроком пригодности к применению (>8 ч) и подходит для нанесения точных покрытий; однако концентрация платины должна находиться в диапазоне 5–10 ppm, а её избыток приведёт к хрупкости коллоида.

XJY-301 Силиконовый Клей Чувствительный к Давлению (PSA)

Изготавливается из специфической структуры силиконовой смолы и высокомолекулярного полидиметилсилоксана в сочетании с органическими клеями для конкретных сценариев применения.

По сравнению с натуральным каучуком, он отличается термостойкостью, высокой стабильностью, хорошей электроизоляцией, хорошей прозрачностью, высокой адгезией и химической стойкостью. В обработке промышленных изделий, электронной обработке, оптических материалах, здравоохранении, а также в таких областях, как слюдяная лента, сплайсинг-лента, защитная пленка, клеи-расплавы имеют широкий спектр применения.

2. Медицина и здравоохранение

2.1 Система трансдермальной доставки лекарственных средств

Трансдермальные пластыри обеспечивают пролонгированное высвобождение лекарственных средств (например, фентанила, препаратов для никотинозаместительной терапии) через кожу, что позволяет избежать эффекта первого прохождения и повысить приверженность пациентов лечению.

Advantages:

Долговременная адгезия: необходимо непрерывное прилегание к поверхности кожи в течение 3–7 дней при коэффициенте отслоения <5%;

Влагопроницаемость и воздухопроницаемость: скорость прохождения водяного пара (MVTR) должна быть >2000 г/м²/в день для предотвращения мацерации кожи;

Совместимость с лекарственными веществами: коллоид не адсорбирует молекулы лекарственного вещества, что обеспечивает стабильную скорость высвобождения (кинетика нулевого порядка).

Решения на основе силиконовых самоклеящихся адгезивов:

(1) Проектирование молекулярной структуры: используется сетка из PDMS с низкой плотностью сшивания (расстояние между точками сшивания > 10 нм), что обеспечивает свободную диффузию молекул лекарственного средства;

(2) Модификация границы раздела фаз: введение гидрофильных боковых цепей полиэтиленгликоля (ПЭГ) для обеспечения баланса между влагопроницаемостью и адгезией;

(3) Клиническая валидация: валидация профиля высвобождения препарата с помощью экспериментов по проникновению через кожу ex vivo (диффузионная камера Франца) с целью обеспечения того, чтобы отклонение кумулятивного высвобождения за 72 часа составляло <10%.

Применение силиконовых самоклеящихся адгезивов в системах трансдермальной доставки лекарственных средств требует особого внимания: мелкие молекулы силоксана (например, D4, D5) могут вызывать раздражение кожи, а их остаточное содержание необходимо снизить до уровня <50 ppm с помощью процесса высокотемпературной вакуумной дегазации; электролиты, содержащиеся в поте, снижают межфазную адгезию, а устойчивость к поту можно повысить путем поверхностного прививания амфотерных ионных полимеров (например, сульфированных бетаинов).

2.2 Медицинские электроды и биосенсоры

Электроды ЭКГ, датчики ЭЭГ и другие устройства для длительного ношения должны обеспечивать стабильность сигнала и безопасность для кожи.

Advantages:

(1) Проводимость: объёмное удельное сопротивление <1 Ω-см, что позволяет снизить уровень шума сигнала;

(2) Биосовместимость: соответствует стандартам по цитотоксичности ISO 10993-5 (выживаемость клеток >90%);

(3) Динамическая вязкоупругость: адаптация к микроперемещениям кожи (скорость деформации 0,1–10 Гц), колебания силы отрыва <15%.

Решения на основе силиконовых самоклеящихся адгезивов:

(1) проводящая композитная система: добавить серебряные хлопья 20%–30% (размер частиц 3–5 μм, отношение диаметра к толщине > 50:1), формирование трёхмерной проводящей сети, квадратичное сопротивление <1 Ω/sq;

(2) Повышение гибкости: внедрение звездообразной топологии PDMS для снижения модуля упругости до 50–100 кПа, что соответствует механическим свойствам кожи;

(3) Антибактериальная функционализация: при нанесении наночастиц ZnO с содержанием 0,5% степень подавления роста Staphylococcus aureus составляет >99%.

3. Сфера производства электронных устройств

3.1 Гибкая упаковка для электронных устройств

Flexible OLED displays, wearable sensors, etc. need to maintain stable packaging under bending (radius of curvature 20%) conditions.

Advantages:

(1) Устойчивость к усталостным нагрузкам: коэффициент сохранения адгезии >80% после 100 000 изгибов;

(2) Низкий модуль упругости: модуль упругости при накоплении энергии G' < 100 кПа, что позволяет избежать концентрации напряжений, приводящей к разрушению устройства;

(3) Устойчивость к воздействию влаги и термическому старению: 1000 часов при 85℃/85% RH, ослабление силы отрыва <20%.

Решения на основе силиконовых самоклеящихся адгезивов:

(1) Оптимизация топологии молекулярной цепи: использование гиперразветвленной структуры PDMS, удлинение при разрыве > 500%;

(2) Способ ориентации наполнителя: добавление углеродных нанотрубок (CNT) типа 1%, ориентация которых с помощью электрического поля приводит к формированию анизотропной проводящей сети;

(3) Технология усиления межфазной адгезии: предварительная обработка подложки силанным связующим агентом (например, KH-550) и повышение адгезионной способности до значений свыше 200 мН/м.

3.2 Временная фиксация полупроводниковых микросхем

Процессы нарезки пластин и упаковки микросхем требуют временной фиксации устройства и отсутствия остаточного отслоения на последующих этапах производства.

Advantages:

(1) Стабильность при высоких температурах: выдерживает 180–250 ℃ процесс пайки с переплавкой, без вытекания клея и без обугливания;

(2) Регулируемое усилие отрыва: усилие отрыва при комнатной температуре > 2 Н/см, при нагреве до 80 ℃ до <0,1 Н/см;

(3) Сверхнизкий уровень ионного загрязнения: Na⁺, K⁺ содержание <1 ppb, чтобы избежать коррозии микросхемы.

Решения на основе силиконовых самоклеящихся адгезивов:

(1) термочувствительная система: добавить микрокапсулы из парафина 5% (температура фазового перехода 70 ℃), расширение объёма после нагрева, вызывающее отслоение границы раздела;

(2) Сверхчистый синтез: использование реакции присоединения, катализируемой платиной, для предотвращения образования остатков перекиси;

(3) Контроль толщины в наномасштабе: толщина адгезивного слоя составляет 5±0.5 μм с использованием технологии нанесения покрытия методом микрогравировки.

4. Промышленное производство и перспективные отрасли

4.1 Сборка аккумуляторных батарей для автомобилей на новых видах энергии

Крепление изоляции между элементами в модуле силовой батареи, заполнение теплоотводящего интерфейса и т. д.

Advantages:

(1) Огнестойкость: класс UL94 V-0, предельный индекс кислорода (LOI) > 30%;

(2) Теплопроводность: теплопроводность в плоскости >5 Вт/м·К, разность температур <5℃ (50 Условия заряда/разряда);

(3) Коррозионная стойкость к электролиту: 30 дней погружения в раствор LiPF₆/Электролит EC-DMC, коэффициент объемного расширения <3%.

Решения на основе силиконовых самоклеящихся адгезивов:

(1) Синергетическая система огнезащиты: образование углерода под действием катализаторов на основе гидроксида магния (60%) и соединений платины, коэффициент остаточного углерода >40%;

(2) Создание сети теплопроводности: вертикально ориентированное расположение нанолистов нитрида бора (50%), теплопроводность в плоскости — 12 Вт/м·К;

(3) Модификация химической стойкости: разветвление с помощью перфторалкильных боковых звеньев, угол смачивания >120°, устойчивость к проникновению электролитов.

4.2 Система терморегулирования в аэрокосмической отрасли

Термопаста для спутниковых радиаторов, крепление многослойной теплоизоляции (MLI) космических аппаратов и другие области применения в экстремальных условиях.

Advantages:

(1) Устойчивость к космическому облучению: выдерживает >1000 кГр γ- облучение рентгеновскими лучами, потеря качества <1%;

(2) Адгезия в сверхшироком диапазоне температур: колебания силы отрыва <30% в диапазоне от -196°От C (жидкий азот) до +300°C;

(3) Устойчивость к протонно-кислородной эрозии: условия низкой околоземной орбиты (LEO), скорость потери массы <0,1 мг/см²-h.

Решения на основе силиконовых самоклеящихся адгезивов:

(1) Сополимеризация фенилсилоксана: введение фенильной боковой цепи 20%, температура стеклования (Tg) снижена до -120℃;

(2) Конструкция нанозащитного слоя: на поверхность нанесен слой оксида церия толщиной 10 нм, отражающий 99% ультрафиолетового излучения;

(3) Оптимизация вакуумной совместимости: содержание летучих веществ (CVCM) <0,01%, прошел испытание по стандарту NASA ASTM E595.

5. С какими проблемами связано использование силиконовых самоклеящихся адгезивов?

(1) Экологическая модернизация: разработка мономеров на биологической основе (например, силоксанов, полученных из целлюлозы) с целью снижения зависимости от нефтяного сырья;

(2) Цифровое производство: оптимизация рецептур с помощью машинного обучения (например, алгоритмы байесовской оптимизации для сокращения циклов разработки на 50%);

(3) Межмасштабная интеграция: реализовать интегрированную конструкцию, объединяющую нанонаполнитель, микроструктуру и макроустройство, что позволит преодолеть существующие ограничения по характеристикам.

6. Как повысить эффективность силиконового самоклеящегося материала (PSA)?

Силиконовый самоклеящийся клей — это высокоэффективный самоклеящийся клей, обладающий следующими превосходными характеристиками: он отличается превосходной термостойкостью, может эксплуатироваться при температуре -75 ℃ до 300 ℃ при экстремальных температурах сохраняет стабильность и не подвержен размягчению, деформации или разрушению. Обладает превосходной стойкостью к воздействию химических веществ, воды, масла, растворителей, термическому разложению и окислительному разложению， хорошая адгезия к поверхности и прочность сцепления. Как повысить конкурентоспособность продукции?

XJY Силиконы является одним из ведущих силиконовая смола MQ и Силикон VMQ производители в Китае, с более чем 30-летним опытом исследований и разработок и производства в силиконовой промышленности и более чем 15 соответствующими патентами и технической поддержкой. Наш продукты из силиконового сырья может удовлетворить потребности область силиконовых клеев с высокой липкостью под давлением и поддерживать предоставление разнообразных индивидуальных решений.