2.1.4 树脂类盖板材料

由于5G时代的来临,智能终端产品市场的爆发,可穿戴设备的兴起,树脂类由于其材料自身优势及非常灵活的加工自由度,能够实现设计师各种各样的个性化设计灵感,再次成为研究热点。在树脂材料的应用中主要涉及PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)两种材料。其材料特性及应用见表2-6,PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)具有良好的透光性能及抗冲击性能等,PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)具有良好的电绝缘性能及耐候性,使其在触控盖板显示器件中应用广泛。

表2-6 树脂材料特性及应用

1.PMMA材料

聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate, PMMA)为高分子透明材料,是一种开发较早的重要热塑性塑料,俗称有机玻璃、亚克力、亚格力等,是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物。其显著特点为高度透明性、机械强度高、质量小、易于加工。由于其具有较好的透明性、化学稳定性、力学性能和耐候性、易染色、易加工、外观优美等优点而被广泛应用。

与普通的玻璃或蓝宝石保护的盖板触摸显示器件不同的是,在日常使用PMMA保护盖板的触摸显示器件的过程中,可以防止因意外跌落和撞击带来的玻璃或蓝宝石碎片所引起的物理伤害,以及破裂后显示器件内部化学物质泄漏所造成的污染伤害。

PMMA有机玻璃具有极好的透光性能,可透过92%以上的太阳光,紫外线透光率达73.5%,具有优异的光学性能和稳定的电学性能,机械强度是普通玻璃的7~8倍,直接利于注塑机械可以成型成2.5D、3D PMMA触控屏保护盖板,替代造价和污染更高的强化玻璃保护盖板。在获得与玻璃保护盖板相似的光学和电学性能的情况下,减小整机质量,并且具有使用安全性和优秀的性价比,在手机和平板领域越来越多被应用,特别是在一些商务机器和儿童学习、游戏机器、可穿戴设备产品上应用广泛。

常用的触控屏PMMA保护盖板加工过程如图2-5所示。触控屏PMMA保护盖板还可以通过IMD模内装饰技术、精密切割技术、表面印刷技术、激光内外雕刻技术、真空溅镀技术、化学电镀技术等工艺进行后期处理,丰富产品的外观设计。

图2-5 常用的触控屏PMMA保护盖板加工过程

1)触控屏PMMA保护盖板IMD模内装饰技术

IMD是将已印刷好图案的膜片放入金属模具内,将成型用的树脂注入金属模具内与膜片接合,使有图案的膜片与树脂形成一体而固化成成品的一种成型方法。IMD工艺主要由油墨和印刷技术、成型工艺、冲床和切割、背部注塑组成,由于其具有表面耐腐蚀、颜色图案随时可换、表面装饰效果极佳等优点,广泛应用于手机、平板等产品的表面装饰。

2)触控屏PMMA保护盖板表面改性加硬处理技术

为解决PMMA保护盖板的表面硬度问题,一般对其表面进行硬度改性处理,处理方式有三种:表面涂层硬度改性、表面镀膜处理、表面化学处理。表面涂层硬度改性指在表面涂敷一层硬度高的材料,如无机物、有机硅涂料、氟碳漆等。表面镀膜处理主要通过PVD方式在盖板表面镀上金属、金属氧化物或其他无机物。表面化学处理主要利用激光等手段使得PMMA表面结构发生变化。在表面改性加硬处理后,PMMA保护盖板仍然能保留其原来的光学性能等优势,同时提高其表面硬度。

3)触控屏PMMA保护盖板表面装饰

触控屏PMMA保护盖板上的表面装饰可以是功能性的,也可是装潢性的,其方式包括共注射、扩散印刷等。功能性装饰改善抗磨损、抗擦伤、抗紫外线及抗化学性等,所有的装饰都依赖在盖板表面上作永久性的表面外印记或油漆涂层。

2.PET材料

聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET)俗称涤纶树脂,单元摩尔分子质量为192g/mol,是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物。PET是乳白色聚合物,表面平滑而有光泽,耐蠕变,耐疲劳性好,耐磨擦和尺寸稳定性好,磨耗小而硬度高,电绝缘性能好,受温度影响小,但耐电晕性较差;无毒、耐气候性、抗化学药品稳定性好。

作为盖板材料的PET树脂为乳白色半透明或无色透明体,透光率为90%。对O2的透过系数为50~90cm3·mm/(m2·d·MPa),对CO2的透过系数为180cm3·mm/(m2·d·MPa),吸水率为0.6%,吸水性较大。PET膜的拉伸强度很高,可与铝箔相比,是PC和PA膜的3倍;蠕变性小、耐疲劳性极好、耐磨性和耐冲突性杰出,力学性能受温度影响较小。纯PET的耐热性能不高,但增强处理后性能得到提高,在180℃时,机械功能比PF层压板好,是热塑性工程塑料中耐热较好的一种;耐热老化性好,脆化温度为-70℃。PET虽为极性聚合物,但电绝缘性优秀,在高频下仍能保持该性能优越,但其耐电晕性较差,不能用于高压绝缘,电绝缘性受温度和湿度影响较大。

PET含有酯键,在高温水蒸气的条件下不耐水、酸及碱的侵蚀;在有机溶剂如丙酮、苯、甲苯、三氯乙烷、四氯化碳和油类中具有抵抗侵蚀作用,对一些氧化剂如过氧化氢、次氯酸钠及重铬酸钾等也有较高的抵抗性且耐候性优秀。

树脂类的PMMA、PET材料作为盖板材料在原料成本上具有价格低廉、工艺简单的优势,然而在高端电子器件应用中,由于其性能的差异性其应用受到限制。