離型膜熱處理對壓敏膠剝離強度保持率的試驗研究

丁 怡， 殷冠明， 何 榮， 顏培堅

（捷邦精密科技股份有限公司，廣東 東莞 523582）

0 引言

隨著智能手機、平板電腦和可穿戴電子設備的發展，壓敏膠作為不可缺少的粘接輔助材料，其應用越來越廣泛[1-3]。在壓敏膠模切加工成各種功能部件的過程中，不可避免地需要離型膜對壓敏膠帶進行轉貼保護和出貨[4]。目前，市面上常見的離型膜按涂布離型劑種類可分為有機硅離型膜、氟素離型膜、非硅離型膜等[5-7]。由于離型劑無法保證100%交聯固化，在與壓敏膠帶搭配使用的過程中常常發生離型劑轉移或作用。因此，不同類型的離型膜及其性能將極大地影響著壓敏膠制品最終的粘接性能和老化性能。如使用不當，將導致壓敏膠的粘力急劇下降。而壓敏膠粘力下降或失效將導致汽車、電子等終端產品出現剝離、分層和脫落等質量問題，給企業帶來嚴重的損失[8-9]。因此，尋找一種簡單有效的方法降低離型膜帶來的影響，保持壓敏膠粘力的持久性顯得十分重要。

本研究選擇3M的一款丙烯酸壓敏膠帶作為研究對象，分別搭配5種不同的離型膜進行加速老化實驗。通過研究不同的溫度與烘烤時間，分析離型膜在熱處理后對膠帶本身剝離強度保持率提升的效果，并找到最佳的熱處理條件。

1 實驗方法

實驗材料為3M丙烯酸單面壓敏膠帶（用M表示）及5種離型膜（即有機硅離型膜PET C50B、W50S5、A1# 50PET，氟素離型膜SPA#50-1000，納米離型膜RN505T）。實驗設備為剝離強度試驗機、恒溫恒濕試驗箱、工業型烘箱。

實驗方法如下：

1）將5種離型膜在50 ℃下分別進行12、24、48 h（50 ℃）烘烤后，與膠帶M貼合并進行高溫高濕（60 ℃、80%RH）老化3 d，撕掉離型膜，再按GB/T 2792—2014進行膠帶M的180°剝離強度測試（貼鋼板）[10]。

2）將5種離型膜分別在40、50、60、70 ℃下烘烤24 h后，與膠帶M搭配老化3 d，測試膠帶M的剝離強度。

3）將5種離型膜分別進行50 ℃、24 h烘烤后，搭配3個批次的膠帶M老化3 d，測試膠帶M的剝離強度。

除特殊注明外，研究中的剝離強度均指按GB/T 2792—2014取5個試樣進行180°剝離強度測試的平均值。老化條件為60 ℃、80%RH。

2 實驗結果與討論

2.1 離型膜不同熱處理時間對膠帶M剝離強度的影響

一般而言，雖然壓敏膠帶本身在高溫高濕加速老化過程中其性能會有一定程度的下降[11-13]，但當只改變離型膜熱處理條件時，膠帶的剝離強度變化還是十分明顯的。表1為離型膜處理方式對膠帶M剝離強度的影響。其中，A為原始狀態的離型膜，B為未經熱處理且老化3 d的離型膜。

圖1為膠帶M搭配經不同熱處理時間的離型膜的剝離強度變化。由圖1可知，壓敏膠帶M未老化前自身的剝離強度P0為4.5 N/cm。與5種未經熱處理的離型膜分別貼合老化3 d后，膠帶M剝離強度急劇下降。其中，與PETC50B搭配的剝離強度為2.0 N/cm，下降56%；與W50S5搭配的剝離強度為1.4 N/cm，下降69%；與A1#50PET搭配的剝離強度為1.8 N/cm，下降60%；與SPA#50-1000搭配的剝離強度為3.3 N/cm，下降27%；與RN505T搭配的剝離強度為2.5 N/cm，下降44%。當5種離型膜在50 ℃分別經過12、24、48 h熱處理后再與壓敏膠帶M貼合老化，膠帶M剝離強度的下降均得到一定遏制。隨著熱處理時間的增加，膠帶M的剝離強度逐漸增大，其剝離強度下降率逐漸減小，尤其是在50 ℃、24 h處理后，與PETC50B、W50S5離型膜搭配的膠帶僅下降13%、20%；而與RN505T離型膜搭配的膠帶剝離強度反而增加2%。在50 ℃、48 h處理后，與A1#50PET、SPA#50-1000離型膜搭配的膠帶僅下降22%、2%。其他3種離型膜繼續增加熱處理時間，壓敏膠帶M的剝離強度已不再上升，反而略有下降，說明繼續增加烘烤時間并不會產生積極的作用。

圖1 膠帶M搭配經不同熱處理時間的離型膜的剝離強度Fig.1 Peel strength change of tape M with release films for different heat-treated time

2.2 離型膜不同熱處理溫度對膠帶M剝離強度的影響

不同熱處理溫度的離型膜對膠帶M的剝離強度也會產生影響。當離型膜分別在40、50、60、70℃熱處理24 h后，膠帶M與之搭配老化后的剝離強度有明顯的變化，如圖2所示。對比搭配未經處理離型膜的剝離強度，隨著離型膜熱處理溫度的升高，膠帶M的剝離強度先上升后下降。除氟素離型膜SPA#50-1000外，其余4種離型膜在50 ℃、24 h熱處理條件下均使膠帶M的剝離強度獲得最大值，分別為：PETC50B對應的剝離強度為3.9 N/cm，保持率（相對于P0，下同）為87%；W50S5對應的剝離強度為3.6 N/cm，保持率80%；A1#50PET對應的剝離強度為3.3 N/cm，保持率73%；RN505T對應的剝離強度為4.6 N/cm，保持率102%。當熱處理溫度大于50 ℃時，5種離型膜對應的膠帶剝離強度均出現不同程度的下降。在70 ℃時，PET C50B對應的剝離強度為2.4 N/cm，W50S5對應的剝離強度為1.3 N/cm，A1#50PET對應的剝離強度為1.7 N/cm，SPA#50-1000對應的剝離強度為2.2 N/cm，RN505T對應的剝離強度為3.2 N/cm。相對于膠帶未老化前自身剝離強度的保持率分別為53%、29%、38%、49%、71%，下降幅度較明顯。因此，50 ℃是離型膜熱處理較理想的溫度。

圖2 膠帶M搭配經不同熱處理溫度的離型膜的剝離強度Fig.2 Peel strength change of tape M with release films at different heat-treated temperature

2.3 搭配經熱處理離型膜的不同批次膠帶M的剝離強度

為了進一步驗證離型膜熱處理方法對不同批次膠帶M的有效性，將5種離型膜經過50 ℃、24 h處理后，分別與3個批次的壓敏膠M進行搭配老化3 d，測得的剝離強度如圖3所示。由圖3可知，搭配經熱處理后的5種離型膜，不同批次的膠帶剝離強度相對于批次01的無處理情況（圖3中藍色曲線）有不同程度地提升。其中，批次01搭配5種離型膜的膠帶剝離強度從未處理前的2.0、1.4、1.8、3.3、2.5 N/cm分別提升至3.9、3.6、3.3、3.6、4.6 N/cm，說明熱處理方法確實起到提升剝離強度的效果。且從圖3還可以看出，氟素離型膜SPA#50-1000對應的剝離強度從批次01（未處理）～批次03變化分別為3.3、3.6、3.1、3.5 N/cm，浮動相對較小。

圖3 3批次膠帶M搭配經50 ℃、24 h熱處理離型膜老化3 d后的剝離強度Fig.3 Peel strength change of 3 batches of tape M after 3 days of aging with release films which had been heat-treated at 50 ℃for 24 h

3 分析與討論

通過對離型膜熱處理的實驗研究，離型膜在離型劑種類、高溫老化及界面因素方面對膠帶剝離強度都產生了不同程度的影響。通常，離型膜在出廠時，由于離型劑未能達到100%交聯固化，特別是對于一些要求離型力很小的有機硅類離型膜，一般會加大離型劑的涂布量以獲得較小的剝離力。因此，使用離型膜與膠帶搭配時，在長時間的接觸及作用下，一般離型劑會逐漸轉移到膠黏劑層，污染膠帶表面，導致其剝離強度下降[6,14]，這是導致膠帶粘性大幅下降的主要原因。

經熱處理后，離型膜表面未固化的離型劑得到進一步的固化，即二次熱固化，其穩定性也得到提高，這與實驗結果十分相符。在50 ℃、24 h熱處理后，離型膜達到最佳狀態，膠帶M剝離強度的下降得到有效控制。而離型膜熱處理溫度過高將會導致其性能老化，反而不利于膠帶剝離強度的保持。另外，離型膜由于離型劑的配方種類不同，與膠帶搭配時的匹配性也不一樣，因此不同類型離型膜的熱處理會產生不同的效果。對于氟素離型膜，氟以氟化物的形式存在于氟素離型膜中，氟離型劑比有機硅類的離型劑更穩定，無硅遷移的問題[6]對膠帶的粘性影響更小。

綜上分析，離型膜經過不同熱處理時間、熱處理溫度，以及應用于不同批次壓敏膠，導致壓敏膠剝離強度變化的結果表明，各類離型膜尤其是有機硅/納米離型膜經熱處理后，對壓敏膠的剝離強度保持率確實起到明顯的改善作用。同時，考慮到氟素離型膜較高的生產成本因素，熱處理這種簡單有效的處理方法將為離型膜材料種類的選擇提供更多的可能性，這在壓敏膠帶的實際應用中具有十分重要的意義。

4 結論

1）相對于未處理前，經熱處理后的離型膜搭配的膠帶剝離強度得到較大改善，特別是經50℃、24 h熱處理后，RN505T與膠帶M搭配時，膠帶老化后的粘性并無下降。而當離型膜烘烤時間超過24 h，個別膠帶的粘力反而出現輕微的下降，說明24 h是熱處理的較佳時間。

2）離型膜隨著熱處理溫度不同，其與膠帶搭配的剝離強度也會發生變化。當溫度大于50 ℃時，增加溫度會加速離型膜的老化，導致膠帶的粘力明顯下降。5種離型膜材料熱處理的較佳溫度為50 ℃。

3）離型膜熱處理方法在不同批次膠帶M上的應用說明熱處理對不同類型離型膜影響程度不同。其中，氟素離型膜所受影響較小，有機硅離型膜和納米離型膜受影響較大。熱處理方法對有機硅/納米離型膜在壓敏膠中的應用起到明顯的提升作用，能夠簡單有效地解決其剝離力急劇下降的問題。