劉波

（3M中國有限公司,上海 200233）

淺談雙面壓敏膠帶在消費電子產(chǎn)業(yè)的應用現(xiàn)狀與發(fā)展

劉波

（3M中國有限公司,上海 200233）

針對當前大眾消費電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，介紹了該行業(yè)內(nèi)常用雙面壓敏膠帶的產(chǎn)品特性和應用現(xiàn)狀。從設計研發(fā)和加工組裝不同角度分析了消費電子產(chǎn)業(yè)用戶對壓敏膠帶的應用需求和性能的期望，也為其他行業(yè)的用戶在產(chǎn)品使用或選擇時提供了參考依據(jù)。

壓敏膠帶；消費電子產(chǎn)品；應用

前言

壓敏膠，俗稱不干膠，是一種同時具備液體黏性性質(zhì)和固體彈性性質(zhì)的高分子黏彈性體，通過指觸壓力就能立即達到粘接物體的目的[1～3]。相比于傳統(tǒng)的機械固定法或膠黏劑產(chǎn)品等，極大地簡化了作業(yè)方法，得到迅速的發(fā)展，廣泛應用于包裝印刷，交通建筑，電器電子，醫(yī)療衛(wèi)生和辦公生活等各行業(yè)，滲透到人類生產(chǎn)生活的各方面，成為一種重要且不可或缺的應用材料。

消費電子產(chǎn)品通常指個人或家庭生活使用的，如音頻、視頻、通信或信息處理等相關的電子產(chǎn)品，包括如數(shù)碼相機、音響、電視機、筆記本電腦、手機、平板電腦等熱門電子產(chǎn)品，隨著社會進步與科技發(fā)展，這一范疇仍將進一步擴大，延伸至電子保健、智能家電、家庭辦公和車用電子等領域。早期的電子產(chǎn)品設計研發(fā)和生產(chǎn)制造會參照其他產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗，大部分組件的固定安裝采用傳統(tǒng)的機械固定如螺絲、焊接、鉚釘?shù)龋只蛴萌軇┠z水或熱熔膠粘接等，這會造成接頭應力集中，易松動脫落又或是組裝效率低下，破壞污染界面等各種弊端，更關鍵的是不可避免地導致產(chǎn)品外觀笨拙厚重，便攜性差等缺點。20世紀90年代初期，消費電子產(chǎn)業(yè)開始進入高速發(fā)展時期，隨著新材料新工藝的蓬勃發(fā)展，電子產(chǎn)品的設計與生產(chǎn)與過去相比已經(jīng)發(fā)生巨大改變，其中壓敏膠帶作為一種可靠輕便，高效靈活的粘接方案開始逐步替代傳統(tǒng)的組裝固定方式成為當前電子產(chǎn)品組裝行業(yè)的主流應用輔材之一。

特別是在進入21世紀后的信息時代，中國已然成為全球消費電子產(chǎn)品制造第一大國。據(jù)相關部門統(tǒng)計在2008年，中國消費類電子產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值就達到全球總產(chǎn)值的57.4%，產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的75.6%[4]。同時，龐大的人口基數(shù)和消費能力使中國也成為全球最大的消費電子產(chǎn)品市場，正因如此，消費電子產(chǎn)業(yè)在中國的發(fā)展狀況也代表著全球的發(fā)展趨勢。得益于這一有利好形勢，消費電子制造產(chǎn)業(yè)已成為高性能壓敏膠帶最大的應用市場，并仍呈現(xiàn)繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)保守不完全統(tǒng)計，僅在中國市場的年銷售額就遠超過1億美元[5～8]。世界各大壓敏膠制品廠商憑借敏銳的商業(yè)嗅覺早已將戰(zhàn)略中心轉(zhuǎn)移至此，紛紛加大研發(fā)力度，擴大產(chǎn)能，以應對這個蓬勃繁榮的需求市場。

根據(jù)壓敏膠制品的結(jié)構(gòu)、性能以及用途等，可以將其從不同角度進行分門別類。雙面壓敏膠帶就是按照壓敏膠制品的結(jié)構(gòu)劃分出的一大類產(chǎn)品，由于其正反兩面都具有壓敏膠的粘接特性，可以將不同物件直接粘合在一起，起到固定，貼附等功能，極大地簡化了電子產(chǎn)品的組裝作業(yè)。此外單面壓敏膠帶和壓敏標簽在電子產(chǎn)品中也有大量使用，起到絕緣，保護，遮蔽，固定或標識等作用，這里本篇不作為主題深入介紹。電子產(chǎn)品組裝行業(yè)內(nèi)被大量使用的雙面壓敏膠帶按照結(jié)構(gòu)組成又被細分為無基材純膠膜，PET基材雙面膠帶，無紡布基材雙面膠帶，泡棉雙面膠帶以及特殊基材雙面膠帶幾個大類，它們各具特點，在電子產(chǎn)品中被用于不同零部件的組裝。

1 雙面壓敏膠帶的應用現(xiàn)狀和性能期望

當前各大知名電子品牌商和超級代工廠都在努力不斷研發(fā)設計新產(chǎn)品和新工藝以面對愈加殘酷的市場競爭，特別是近幾年，消費電子產(chǎn)品的外觀輕薄化，功能集成化，售價平民化，更新短期化已是大勢所趨，使得電子產(chǎn)品的設計研發(fā)工程師絞盡腦汁尋求符合潮流又物美價廉的新材料新方案，對于電子產(chǎn)品內(nèi)部組裝使用的壓敏膠帶也提出了更多更高的要求。另一方面，激烈的市場競爭和不斷增長的人工和原材料成本，迫使電子產(chǎn)品制造產(chǎn)業(yè)鏈上的各個環(huán)節(jié)廠商為求得生存把生產(chǎn)效率提高和廢品率降低追求到極致。

1.1 研發(fā)設計對壓敏膠帶的要求與期望

為了符合最終用戶的審美和便攜要求，消費電子產(chǎn)品外觀尺寸輕薄化設計的同時，功能卻愈加集成化，這就意味著產(chǎn)品更小的尺寸空間內(nèi)要組裝更多的零部件，作為固定輔材的壓敏膠帶自然不能占用過多的空間，對于膠帶厚度的選擇往往是在所有關鍵零部件尺寸定型后剩余的最大空間作為上限，目前業(yè)內(nèi)在用的絕大多數(shù)雙面壓敏膠帶產(chǎn)品凈厚度通常在0.80～0.03mm區(qū)間。其中厚度在0.30mm以上的雙面膠帶多用于產(chǎn)品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)部件粘接，如機殼框架等部位的組裝固定等。用戶希望膠帶的厚度優(yōu)勢既能充分浸潤粘接界面，又能夠抵抗材料在粘接時因尺寸匹配公差或熱力學形變產(chǎn)生的內(nèi)應力而保證牢固可靠。泡棉基材的雙面膠帶由于良好的能量吸收和應力松弛特性成為這一厚度區(qū)間的主流產(chǎn)品。而涉及0.20～0.05mm區(qū)間厚度的雙面壓敏膠帶品種最多，應用也最為廣泛，涵蓋了如絕緣麥拉，泡棉，網(wǎng)布，F(xiàn)PC，橡膠件等等各種部件的粘接，由于其用量巨大，是所有壓敏膠帶廠商競爭最為激烈的市場，高性價比是致勝關鍵。厚度在0.05mm以下的雙面膠帶產(chǎn)品通常以PET基材或純膠膜產(chǎn)品為主，常用于導熱石墨片材的貼附，或部分泡棉麥拉等片材的粘接。盡管膠層厚度一再降低，但用戶對膠帶的粘接強度要求卻沒有妥協(xié)，只有通過尋找新材料研發(fā)新配方以及鉆研新涂布工藝才有可能實現(xiàn)目標。目前0.03mm和0.01mm的雙面膠帶早已實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，市場上甚至已經(jīng)出現(xiàn)了厚度僅為0.005mm的雙面PET基材壓敏膠帶。

被粘部件材質(zhì)對壓敏膠帶的粘接效果影響甚大。市面上的大眾消費電子產(chǎn)品所用材料多為工程塑料或金屬及玻璃。其中，絕大多數(shù)都屬于中高表面能材質(zhì)，如ABS、PC、PET、PI、不銹鋼、鋁鎂等等，理論上都屬于容易粘接的材料。但設計者為了使電子產(chǎn)品在外觀質(zhì)感和使用性能上不斷提升，各類新型材料，或傳統(tǒng)材料的新型添加劑又或傳統(tǒng)材料表面涂裝改性技術開始被廣泛引入，如TPU，玻纖摻雜或表面油墨噴涂。這使得相當一部分被粘材料歸屬到中低表面能或低表面能材料范疇，對壓敏膠帶的粘接帶來極大的挑戰(zhàn)，通常我們認為材料表面能低于38 dyne（達因值）已不利于粘接。一些通用型壓敏膠帶對于此類材質(zhì)的部件無法提供可靠的粘接強度，需要對被粘材料表面預先進行化學或物理處理，如涂刷底涂劑或電暈表面處理等來改善粘接界面的表面能。一些知名的膠帶廠商也利用自身技術優(yōu)勢通過配方調(diào)節(jié)推出一系列專門針對低表面能材料粘接的膠帶，如3M公司的LSE膠系產(chǎn)品等。

雖然消費電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度愈加頻繁，但少則3～5年，多則10年以上的使用壽命是產(chǎn)品設計者必須要保證的，用戶不能接受在使用期間因為壓敏膠帶的性能劣化而導致電子產(chǎn)品的外觀缺損或功能失效。此外，考慮到全球各地氣候大環(huán)境和使用小環(huán)境千差萬別，電子產(chǎn)品需要在高溫高濕又或冰凍嚴寒環(huán)境下使用而不發(fā)生問題，有時甚至還要經(jīng)受日曬雨淋的考驗，這就要求使用的壓敏膠帶必須具有優(yōu)異的耐溫耐候性能，在數(shù)年甚至數(shù)十年期間都不能出現(xiàn)明顯的性能老化或失效。為了確保選型的壓敏膠帶能夠滿足上述性能要求，電子產(chǎn)品設計打樣階段就將成品或半成品放入老化試驗箱進行環(huán)境模擬測試，如高溫高濕，高低溫循環(huán)等嚴苛測試來檢驗是否有脫膠溢膠等失效模式發(fā)生。天然橡膠或合成橡膠類壓敏膠產(chǎn)品雖然具有高初粘性和優(yōu)秀耐低溫性，對低表面能材料粘接強度高，原材料成本低廉等諸多優(yōu)點，但由于其分子鏈段結(jié)構(gòu)中存在不飽和鍵，導致耐溫性耐老化性和耐化學性等方面較弱，在電子行業(yè)應用鮮有身影。而丙烯酸酯類壓敏膠，俗稱亞克力壓敏膠，由于其出色的綜合粘接性能尤其是長期耐候性，幾乎占據(jù)電子產(chǎn)業(yè)應用的全部市場。此外，高性能有機硅壓敏膠在某些特別部件如硅橡膠件的組裝也有被少量使用。

對于一些便攜類或長期戶外使用類電子產(chǎn)品，通常還會要求進行跌落測試，外力沖擊測試或防水防塵測試等等，以模擬用戶使用時可能發(fā)生的情況而保證產(chǎn)品正常使用。對于這類需求，亞克力閉孔泡棉類膠帶如3M公司的VHBTM系列產(chǎn)品可以很好地吸收沖擊能量分散應力，起到良好的減震緩沖的作用[9]。此外由于閉孔泡棉膠層設計，只要確保界面粘接充分良好，可以輕松通過防塵測試IP6等級和防水測試的IPX7等級[10]。在電子產(chǎn)品組裝中還會使用相當數(shù)量的功能性雙面膠帶起到導電導熱屏蔽絕緣阻燃等各種附加功能，這就要求膠帶除了滿足基本的粘接性能外還要具備其他特殊的物理性能，這里不做贅述。

此外，雙面膠帶的顏色和外觀也是電子產(chǎn)品設計方選型時會考慮的因素之一。大部分雙面膠帶的使用僅僅以粘接為目的，且最好不要影響被粘部件本體的顏色，加之本身膠帶原材所用的壓敏膠水或基材就為透明色，產(chǎn)品性價比自然也是優(yōu)勢，因此透明版本占據(jù)主流市場。在一些顯示模組或外觀部件的粘接應用時，出于光學效果或視覺美觀的考慮，黑色版本或黑白雙色版本雙面膠帶的使用也有相當大的比例，通常都是通過選擇顏色基材或壓敏膠水中添加黑色顏料來實現(xiàn)，其生產(chǎn)成本也高于相同性能的透明版本。泡棉類或無紡布基材雙面膠帶因為基材本體顏色影響多為白色或半透明色，也會應客戶要求添加色料做成黑色或灰色版本。除顏色外，用戶有時對膠帶膠面外觀品相有嚴格要求，尤其是對一些透明外觀部件的粘接應用。普通壓敏膠帶表面常見的亮斑，微氣泡，線條等視覺瑕疵，雖然對粘接性的影響甚微但仍不可被接受。只有通過對壓敏膠配方和基材的嚴格篩選，膠帶涂布工藝和環(huán)境的精密管控，配以高表面質(zhì)量的離型膜取代普通的離型紙等手段可以大幅提升膠面外觀滿足客戶的要求。

最后也同樣非常重要的一點，出于人體健康和環(huán)境保護目的，世界各國都對電子電器類產(chǎn)品所用材料成分提出了明確嚴格的規(guī)定，壓敏膠帶的組成成分也必須符合要求，如歐盟的RoHS和REACH產(chǎn)品性能認證等，否則即便膠帶性能再卓越也無法被電子產(chǎn)品行業(yè)接受使用，必須特別注意。

1.2 加工組裝對壓敏膠帶的要求與期望

除了電子產(chǎn)品設計階段對壓敏膠帶提出了一系列嚴苛的性能要求外，加工組裝階段對壓敏膠帶的性能也有諸多要求和考量，甚至最終會影響設計者更改原始設計選型調(diào)整性能期望。由于電子產(chǎn)品上使用的壓敏膠帶不僅面積輪廓千差萬別，有些還需要與其他材料復合再加工等，完成這些膠帶前期處理的工作單位在業(yè)內(nèi)稱為模切商或加工商。卷狀的壓敏膠帶會根據(jù)圖紙按照設計者要求通過各類刀模經(jīng)過一系列流程被加工成特定的尺寸外形和結(jié)構(gòu)。此時膠帶的模切性能就尤為重要。在模切作業(yè)中，壓敏膠帶如果容易發(fā)生拉膠，溢膠，尺寸漲縮，離型不良，排廢困難等問題，都會直接影響模切商的效率和損益，導致加工成本的上漲和交期的延誤，繼而影響在電子產(chǎn)業(yè)的推廣應用。由于模切加工過程中雙面膠帶大多需要復合加工離型襯紙（膜）或轉(zhuǎn)換原廠自帶離型紙（膜）后再進行后續(xù)的貼合沖切排廢等一系列工段，因此加工商對于壓敏膠帶與出廠自帶離型材料的離型力大小格外關注。同樣的膠帶對于不同的模切工藝，加工商對離型力大小的要求各有不同甚至是截然相反，但有一點共通，所有用戶都希望膠帶與出廠離型材料的離型力保持長期穩(wěn)定在一個較小的范圍區(qū)間內(nèi)，不要因為產(chǎn)品批次不同或存儲時長差異（在保質(zhì)期內(nèi)）而相差甚遠，進而影響模切加工的穩(wěn)定性。這就要求膠帶研發(fā)階段必須將其模切加工性能也考慮其中。無基材純膠膜相比較于有基材的雙面膠帶在浸潤性、貼服性、耐溫性等方面有獨特的優(yōu)勢，但在模切加工方面存在一定挑戰(zhàn)，對壓敏膠和離型材料的匹配性能要求尤為苛刻，因此當前只有少數(shù)幾家壓敏膠帶大廠的產(chǎn)品被行業(yè)接受使用。

當模切成型后的壓敏膠帶送到電子產(chǎn)品組裝車間后，膠帶的粘接性能特別是初黏性又成為關注指標。由于壓敏膠的自身特性，在進行粘接作業(yè)時必須要施加一定壓力并保持一定時間才能發(fā)揮性能，但電子產(chǎn)品制造商總是不斷追求裝配效率的提高，希望將壓敏膠帶的必要保壓時間壓縮到極致（通常只有幾秒到十幾秒）以提高裝配產(chǎn)能，這是壓敏膠帶在應用時遇到的第一個矛盾，選用初黏性較好的壓敏膠帶可以實現(xiàn)以較低的壓力在較短的保壓時間內(nèi)使膠帶的粘接強度快速建立以達到固定部件的效果。尤其在冬季氣溫較低時，如果裝配車間環(huán)境溫度過低，膠帶貼合效率與粘接效果的矛盾更為突出。但要注意過分強調(diào)初黏性能的壓敏膠帶會在一定程度上犧牲內(nèi)聚力，進而影響抗剪切力和耐高溫性等性能，在前期模切加工時也容易發(fā)生溢膠困擾，因此并非初粘性越好的膠帶就越合適。當各個零部件通過壓敏膠帶被組裝完畢后，如果發(fā)現(xiàn)裝配位置有偏差需要重新調(diào)整，又或因為某個零部件故障需要返工更換時，制造者往往又希望可以實現(xiàn)壓敏膠帶的清潔移除而不損壞貴重零部件，這是壓敏膠帶應用時可能面臨的第二個矛盾。只有一些特殊設計的壓敏膠帶具有此類功能，實現(xiàn)可靠粘接與清潔移除的平衡兼顧。由于移除原理不同，需要根據(jù)實際情況來選擇合適的壓敏膠帶[11]。

2 結(jié)語

信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，消費電子產(chǎn)業(yè)對于壓敏膠帶的需求仍處于快速成長階段。當前國內(nèi)外眾多壓敏膠帶生產(chǎn)廠商和科研機構(gòu)都將此市場作為重點關注領域。換句話說，只有在消費電子產(chǎn)品應用市場占據(jù)一席之地，才有可能在壓敏膠帶行業(yè)中躋身前列。中國的消費電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進了國內(nèi)的壓敏膠帶廠商的長足發(fā)展和進步，憑借良好的性能和低廉的售價已占據(jù)相當?shù)氖袌龇蓊~。但另一方面，高性能壓敏膠帶如超黏、超薄、超透、抗跌落、可清潔移除等產(chǎn)品大多依然被幾大世界膠帶生產(chǎn)巨頭壟斷，水平差距相當明顯。

隨著電子產(chǎn)品設計與生產(chǎn)技術的日新月異，對壓敏膠帶的技術性能要求也在同步提升，為了迎合消費電子行業(yè)的應用需求，壓敏膠帶的產(chǎn)品開發(fā)必須要同時從電子產(chǎn)品設計角度和加工組裝角度考慮來定義相關性能指標才能最終贏得市場。此外，壓敏膠帶廠商除了對行業(yè)應用的深入了解，還必須把握電子行業(yè)的發(fā)展趨勢，對客戶需求做出快速反應并提供優(yōu)質(zhì)的售前售后服務，才能在激烈競爭中求得生存與發(fā)展。

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The Application Status and Development Trend of Double-Sided Pressure Sensitive Adhesive Tape in Consumer Electronics Industry

LIU Bo
（3M China Limited Company,Shanghai 200233,China）

In allusion to the development trend of popular consumer electronics industry,the related product features and application status of double-sided pressure sensitive adhesive tapes are introduced briefly.The application requirement and performance anticipations of PSA tapes are analyzed from the aspects of R&D and manufacturing phases in consumer electronics industry,which can also be used as reference for potential users in other industries to choose and to use the products.

Double-sided PSA tape;consumer electronics industry;application

TQ436.3

A

1001-0017（2014）06-0451-04

2014-08-21

劉波（1981-），男，江蘇南京人，碩士，現(xiàn)從事工業(yè)膠帶、膠黏劑產(chǎn)品技術服務工作。