技术分享｜折叠屏OCA光学胶如何实现反复弯折与形变恢复？关键力学性能评价方法解析
2026年9月23日 10:44
一、折叠屏手机发布，光学胶面临哪些材料挑战？
2026年9月9日，苹果发布首款可折叠iPhone——iPhone Duo，配备7.6英寸内屏和5.4英寸外屏。折叠形态让显示模组在反复开合时承受更复杂的变形，也使层间材料的力学适应能力受到关注。
柔性显示模组由多层功能薄膜构成，光学透明胶（Optically Clear Adhesive，OCA）既用于透明层间黏接，也承担一定的应力缓冲作用。它不仅需要满足光学和黏接要求，还要在不同温度、折叠速度以及持续变形条件下保持适当的力学响应。
那么，一款OCA是否适合柔性显示应用，应该怎样从材料层面进行评价？以下以公开发表的OCA试验数据为案例，介绍力学性能测试及结果判读。所用试样并非iPhone Duo的实际用胶，也不是国高材已完成的产品委托测试。
二、需要怎么评价？多维度力学性能测试
OCA兼具超弹性与黏弹性：其应力不仅取决于变形程度，还会随加载速度、温度和作用时间发生变化。因此，评价方案不仅要测“能拉多长”，还要回答“拉得快会怎样、保持变形会怎样、冷热变化会怎样”。
▼ 表 1 OCA 胶多维度力学性能评价测试方案
评价方向 |
主要测试 |
重点关注 |
大变形力学行为 |
万能试验机，分速率单轴拉伸 |
应力—应变、速率依赖性 |
静态黏弹性 |
DMA，不同温度下应力松弛 |
应力及松弛模量随时间的变化 |
动态黏弹性 |
DMA，多频率温度扫描 |
储能模量、损耗因子和Tg |
案例采用40 mm × 10 mm × 1 mm试样；通过不同拉伸速率、30/60/85 ℃应力松弛及−40～125 ℃动态扫描获得数据，进一步进行材料本构参数拟合。
三、评价测试结果｜关键曲线说明了什么？
3.1 拉伸速率与大变形：OCA的刚度并非固定值
▲ 图1 不同应变速率下的应力—应变曲线
图1中，应力—应变曲线呈S形：初期近似线性，中段应力增长较缓，后期出现应变硬化。随应变速率提高，相同应变下的应力整体上升；当速率增至0.0833 s⁻¹时，弹性模量约增加3.89倍。这提示OCA在慢速和快速弯折下可能表现出不同的刚度。
▲ 图2 不同超弹性本构模型的拟合结果
图2将实验曲线与不同本构模型对比。本构模型就是用数学关系描述“变形多少、产生多大应力”。三参数Mooney–Rivlin模型的整体拟合偏差较大；五参数模型能较好覆盖各变形阶段，因此被用于该试样的超弹性表征。拟合参数可为后续结构力学分析提供输入，但不能直接套用于其他配方。
3.2 应力松弛：持续变形后，内部应力会下降
▲ 图3 不同温度下的应力随时间变化
图3显示，在保持50%固定应变后，应力先快速下降、再逐渐趋稳。85 ℃下应力由峰值约12.65 kPa降至稳定值约1.84 kPa；30 ℃曲线整体更高。温度升高使分子链段更易调整，从而加快应力松弛。
▲ 图4 不同温度下的松弛模量随时间变化
图4进一步说明材料抵抗变形的能力也随时间降低。85 ℃时，松弛模量由64.80 kPa降至9.51 kPa。评估OCA不能只看加载瞬间的模量，还应关注其在实际使用温度下持续变形后的响应；应力松弛也不能单独作为“越快越好”的判据。
▲ 图5 广义Maxwell模型对应力松弛数据的拟合（原论文图9；据文献[2]）
图5中实线与试验散点较为吻合，拟合决定系数R²均超过0.97。广义Maxwell模型可简要理解为多个具有不同松弛快慢的弹性—黏性单元组合，用来描述应力如何随时间衰减。由此获得的Prony参数可用于后续黏弹性分析。
3.3 温度与频率：玻璃化转变附近最值得关注
▲ 图6 不同频率下储能模量与损耗因子随温度变化
图6中，蓝色曲线为储能模量，红色曲线为损耗因子。5 Hz下，储能模量从−40 ℃时的1666.3 MPa降至125 ℃时的约0.669 MPa；0 ℃附近下降最快，损耗因子也在附近出现峰值，因此将该试样Tg判定为约0 ℃。频率提高时，储能模量通常也会上升。该Tg仅属于案例试样，并非折叠屏OCA的通用指标。
3.4 时间—温度叠加：把测试数据扩展到更宽时间尺度
▲ 图7 不同温度下的储能模量随时间变化（原论文图11；据文献[2]）
图7中，各温度曲线均显示储能模量随时间下降，不同温度的模量水平差别明显，体现出温度与时间共同影响OCA的力学表现。
▲ 图8 储能模量时间—温度叠加主曲线
图8以0 ℃为参考温度，将不同温度下的短时间数据沿时间轴平移，形成覆盖更宽时间尺度的主曲线。这种方法以材料满足相应热流变条件为前提，适用于拓展黏弹性分析，并不等于直接预测折叠屏寿命。
▲ 图9 储能模量主曲线的广义Maxwell模型拟合
图9显示，三阶Prony级数的广义Maxwell模型能够较好地描述主曲线。将曲线转化为模型参数后，可为材料对比和后续模拟提供基础数据；整机耐折、界面剥离等问题仍需另行验证。
四、国高材分析测试中心服务能力
围绕柔性显示、消费电子及电子胶黏剂研发需求，国高材分析测试中心可结合材料特性与客户关注的问题，开展或协同制定针对性的性能评价方案，重点关注以下方向：
▼ 表 2 国高材分析测试中心 OCA 胶材相关测试服务方向
评价方向 |
可讨论的检测与分析内容 |
力学性能 |
拉伸应力—应变、不同加载速率下的力学响应 |
热机械与黏弹性 |
DMA储能模量、损耗因子、玻璃化转变及应力松弛 |
数据判读与研发支持 |
配方对比、温度依赖性分析及适用条件下的模型参数整理 |
针对具体OCA胶材，测试前需结合样品厚度、夹持方式、量程及温度范围确认方案；本构参数拟合、薄膜夹具和相应测试项目的可提供范围，以实验室技术确认结果为准。上述公开数据用于说明评价思路，不代表本中心针对该样品出具的检测结果。
从一条力学曲线，到材料在不同温度和时间尺度下的响应，系统评价能够帮助研发人员更有依据地开展配方优化、材料选型及可靠性验证。欢迎就OCA光学胶和相关高分子胶黏材料的测试需求与国高材分析测试中心交流。
参考文献
Zhang Y, Wang S, Dong F, et al. Mechanical Behavior and Constitutive Model Characterization of Optically Clear Adhesive in Flexible Devices[J]. Micromachines, 2022, 13(2): 301. DOI: 10.3390/mi13020301.
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