银浆从银浆罐中到终印刷在承印物上成膜的性状变化颇为复杂,其实质是力对浆料的作用。与力对固体材料作用的响应不同,由于银浆是由粘结剂、导电填料、溶剂和添加剂组成的一种高粘度多相悬浮分散体系,在剪切力作用下呈现出更为复杂的流动规律及结构形态的改变,其性质具有明显的时间依赖性,需用流变学基本理念分析其流变特性,并建立相应流变特性的正确测试方法。
1.流变学基本概念
银浆具有粘弹性属性,在力作用下产生流动和变形。经典力学认为,流动和变形是两个范畴的概念,流动属于液体的属性,而变形则为固体的属性。液体在流动时表现出粘性行为,发生的是永变形,形变不可恢复且形变过程伴随有能量的损耗;固体材料在发生弹性变形时,其产生的弹性应变在外力撤销后能够恢复,且伴随有能量的贮存,形变恢复时还原能量。流变学研究的材料性质介于液体和固体之间,既具有一定的弹性也具有一定的粘性,即所谓粘弹性。也可以说,流变学是一门研究在外力作用下物体变形和流动的科学 。
2.平行板模型 、剪切应力与剪切速率
平行板模型有助于理解剪切应力(τ)、剪切速率(γ•)和粘度(η)的定义,平行板模型如图所示。图中剪切应力τ是指在单位液层面积上所需施加的使液层间产生相对运动的力,单位为N/m 2 ,即Pa。在剪切力作用下,各液层间相对运动,但各层间的速度不同,所形成的速度梯度即为剪切速率γ•。表达式为:式中,F为液层受力,N;A为液层面积,m2 ;v 为流速,m/s;y为液层间的间隙高度,m。
3.粘度
粘度η描述的是流体抵抗剪切力引发的流动的能力,反映了液体发生流动时内摩擦力的大小,粘度的数值为剪切应力与剪切速率的比值,如式(3)所示,其单位为Pa·s。
4.粘度曲线及流动曲线
表征流体流变特性的3个主要参量是剪切应力(τ)、剪切速率(γ•)及粘度(η)。剪切速率与粘度之间的关系曲线称为粘度曲线;剪切速率与剪切应力之间的关系曲线则称为流动曲线。粘度曲线和流动曲线给出了浆料流变特性的基本信息。值得注意的是,浆料的粘度不是直接测出的,而是由剪切速率和应力换算得到。流体的粘度越大,表示流体的流动性越差,或者说流动的阻力越大。
上海保圣RH-30流变仪可以很好的表征导电银浆的流变特性,流变性质主要有粘度特性、流动特性、剪切屈服应力、拉伸屈服应力及断裂应变、触变性及粘弹性等。综合考量并获得合适的流变学性质方能使浆料具有良好的丝网印刷特性。对于浆料而言,流变的实质是粘弹性的浆料在不同性质力的作用下其结构的破坏与恢复的特性。