CN105015167B - 一种用于形成用于水性喷墨的喷墨打印头的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于形成喷墨打印头的方法，其包括加工环氧粘合剂，从而降低或消除由于与特定油墨的物理接触而导致的不利影响。已知当使用常规技术加工的常规粘合剂暴露于诸如紫外油墨、固体油墨和水性油墨的某些油墨时会重量增加并挤出。本教导的实施例可包括加工特定粘合剂，使得所得环氧粘合剂适用于打印头应用。

Description

一种用于形成用于水性喷墨的喷墨打印头的方法

技术领域

本教导涉及喷墨打印装置领域，更特别地涉及用于高密度压电喷墨打印头的方法和结构以及包括高密度压电喷墨打印头的打印机。

背景技术

按需滴墨喷墨技术广泛用于打印工业中。使用按需滴墨喷墨技术的打印机可使用热喷墨技术或压电技术。尽管压电喷墨比热喷墨制造更昂贵，但例如由于压电喷墨可使用更广泛的油墨，因此通常青睐压电喷墨。

压电喷墨打印头包括压电元件(即压电换能器或PZT)的阵列。形成阵列的一种方法可包括将覆盖压电层可拆离地粘合至具有粘合剂的转印载体，并切割所述覆盖压电层以形成多个单独的压电元件。可使用多个切割锯进程以去除相邻压电元件之间的所有压电材料，以在每个压电元件之间提供正确的间距。

压电喷墨打印头可通常还包括柔性隔膜，压电元件的阵列附接至所述柔性隔膜。当通常通过与电联接至电源的电极电连接而将电压施加至压电元件时，压电元件弯曲或偏转，从而导致隔膜屈曲，所述隔膜屈曲从室中通过喷嘴排出一定量的油墨。屈曲还通过开口从主油墨贮存器将油墨吸入室中以补偿被排出的油墨。

喷墨打印头的形成通常需要材料的多个层的层合作为它们制造的部分。传统打印头设计可使用镀金不锈钢片材金属的层，所述层具有光化学蚀刻，并随后钎焊在一起以形成稳固结构的特征。然而，在改进成本和性能的持续驱动下，可使用交替材料的使用和粘合过程。尽管聚合物层可用作一些片材金属部件的替代，但聚合物需要具有合适性质的粘合剂以彼此粘合以及粘合至金属层。

例如，粘合剂必须与在打印头中所用的油墨可化学相容。此外，粘合剂应该具有在使用过程中降低打印头的破坏的某些物理性质。粘合剂应该具有良好的粘合强度、低挤出以防止流体路径的堵塞，并且应该在使用过程中充分抵抗高温氧化。而且，在使用过程中当暴露于某些油墨和高温时，一些粘合剂可能重量增加并溶胀，或者变得适形性降低且更硬，这可导致油墨渗漏或其他故障模式。这些故障中的一些可仅在打印头的延长使用之后发生。

另外，与水性油墨不相容可使粘合剂溶胀，由此导致尺寸几何形状的改变，这将影响喷射性能。对于打印头模块化设计的要求，需要具有更低粘合温度的粘合剂。一些目前的粘合剂具有290℃或更高的粘合温度，这在射流流线(jetstack)中的一些部件(例如PZT)的临界温度以上。因此，需要一种新型粘合剂，所述粘合剂适于在构造用于水性油墨的喷墨打印头中的所有部件的粘合。

发明内容

如下显示了简化概要，以提供对本教导的一个或多个实施例的一些方面的基本理解。所述概要并非广泛的概述，不旨在确定本教导的关键或决定性要素，也不旨在描述本公开的范围。相反，其主要目的仅在于以简化形式显示一个或多个概念以作为之后显示的详细说明的前序。

在一个实施例中，一种用于形成喷墨打印头的方法可包括将第一基材的第一表面加热至40℃至120℃之间的温度、使所述第一基材的经加热的第一表面与环氧粘合剂的第一表面接触，以将所述环氧粘合剂粘着至所述第一基材的第一表面、在所述环氧粘合剂的第二表面上的剥离衬垫上或在所述第一基材的第二表面上移动辊，以去除在所述环氧粘合剂的第一表面与所述第一基材的第一表面之间的界面处的气泡，以及将所述第一基材和所述环氧粘合剂冷却至22℃或更低的温度。随后，所述方法还可包括将第二基材的第一表面加热至40℃至120℃之间的温度，以及在所述环氧粘合剂粘着至所述第一基材的第一表面的情况下，使所述第二基材的经加热的第一表面与所述环氧粘合剂的第二表面接触，以将所述环氧粘合剂粘着至所述第二基材的第一表面。所述方法还可包括在所述第二基材的第二表面上移动辊，以去除在所述环氧粘合剂的第二表面与所述第二基材的第一表面之间的界面处的气泡、然后在将所述环氧粘合剂粘着至所述第一基材和所述第二基材之后，通过将所述第一基材、所述第二基材和所述环氧粘合剂加热至约80℃至约140℃之间的温度达约10分钟至约20分钟之间的持续时间，从而部分固化所述环氧粘合剂。在部分固化所述环氧粘合剂之后，通过在压机内在40psi至100psi之间的压力下将所述第一基材、所述第二基材和所述环氧粘合剂加热至100℃至300℃之间的温度达20分钟至200分钟之间的持续时间，从而完全固化所述环氧粘合剂。使用水性油墨填充所述打印头，并将所述经完全固化的环氧树脂暴露于所述水性油墨。

在另一实施例中，喷墨打印头可包括第一基材、第二基材和插入所述第一基材与所述第二基材之间的将所述第一基材物理连接至所述第二基材的环氧粘合剂。所述环氧粘合剂可包含甲酚线性酚醛清漆和双酚A环氧树脂，并可具有将所述第一基材粘合至所述第二基材的大于200psi的搭接剪切强度。所述喷墨打印头还可包括物理接触所述环氧粘合剂的在所述喷墨打印头内的水性油墨，当所述环氧粘合剂连续暴露于所述水性油墨达20周时，所述环氧粘合剂具有小于0.4％的质量吸收。

附图说明

引入并构成本说明书的一部分的附图示出了本教导的实施例，并与描述一起用于解释本公开的原理。在图中：

图1为根据本教导的一个实施例而形成的一个示例性喷墨打印头部分的横截面；

图2为根据本教导的一个实施例制备、分配和固化的粘合剂膜的样品的差示扫描量热法(DSC)图；

图3为根据本教导的一个实施例制备、分配和固化的粘合剂膜的样品的动态力学分析(DMA)图；

图4显示了在190℃下固化70分钟的样品在多种不同的条件和油墨中储存的测试结果；

图5和6显示了当暴露于多种不同的油墨时使用本教导的一个实施例制造的打印头的长期粘合强度测试的结果；

图7和8显示了当暴露于多种不同的油墨时使用本教导的一个实施例制造的打印头测试夹具的耐破度测试的结果；且

图9为包括根据本教导的一个实施例的一个或多个打印头的打印机的透视图。

应注意，附图的一些细节已被简化，并绘制为促进对本教导的理解而不是保持严格的结构准确度、细节和比例。

具体实施方式

现在将详细参照本教导的示例性实施例，其实例在附图中进行说明。只要有可能，将在整个附图中使用相同的附图标记以表示相同或类似的部分。

如本文所用，除非另外指出，词语“打印机”涵盖为了任意目的进行打印输出功能的任意设备，如数字复印机、造书机、传真机、多功能机、静电照相装置等。除非另外指出，词语“聚合物”涵盖广泛范围的由长链分子形成的碳基化合物中的任一者，包括热固性聚酰亚胺、热塑性塑料、树脂、聚碳酸酯、环氧树脂，和本领域已知的相关化合物。

获得许多不同的喷墨打印头层和材料之间的可靠粘合，特别是在目前喷墨打印头使用中存在的严苛环境条件下，是装置制造者关心的事。本教导的一个实施例可在打印头内产生各个层合层之间的更牢固的物理粘合连接，特别是有关对化学严苛的油墨(如丙烯酸酯基紫外(UV)油墨、经染色的固体油墨和水性油墨)的抗性，并可在将压电换能器(PZT)电联接至电路层(如印刷电路板或柔性印刷电路)的互连上产生减小的应力。

打印头结构是本领域已知的，并包括层合在一起的许多层。用于层合的粘合剂必须抵抗与化学严苛的油墨的反应，良好粘合至不同材料的表面以防止在高压打印过程中破裂，并在高温打印过程中(例如在使用固体油墨和水性油墨打印的过程中)保持有效。图1显示了可使用本教导的一个实施例形成的一个示例性喷墨打印头结构10的一部分。图1打印头结构10包括适形壁12、外歧管14、使用外歧管粘合剂18附接至外歧管14的转向器16。图1还显示了使用转向器附接粘合剂22附接至转向器16的轮毂板20。在一个实施例中，适形壁12可包括热塑性聚酰亚胺，外歧管14可包括铝，轮毂板20可包括不锈钢。外歧管14可接收在使用过程中由固体油墨块熔化得到的液体油墨(为了简化不单独显示)、UV和Xerox凝胶UV油墨、水性(即水基)油墨(如胶乳水性油墨和染料基水性油墨、颜料基水性油墨)，或为打印做准备的另一液体油墨，并将油墨保持在打印温度下。图1还显示了本体32、竖直入口34、分离器36、包括碎石筛40的颗粒过滤器(碎石筛)层38、前端歧管42，和具有喷嘴46的孔板44。可使用孔板粘合剂48将孔板44附接至前端歧管42。在一个实施例中，本体32、分离器36和前端歧管42可包括金属(如不锈钢)，竖直入口34、碎石筛层38、孔板粘合剂48和孔板44可各自包括一种或多种聚合物。组件10可根据已知的加工技术制得，如包括在高压下使用堆层压机的过程。图1还显示了基材52(如半导体晶片部分、玻璃层、金属层等)、支座层54、打印头隔膜(膜)56、轮毂板粘合剂70、隔膜粘合剂72、附接至半导体晶片部分的专用集成电路(ASIC)58，和电联接至ASIC 58的互连层60(如柔性(挠性)电路或印刷电路板)。如上所述，基材52可为硅、砷化镓、金属、玻璃等。此外，支座层54可为二氧化硅和/或SU-8光阻材料。隔膜56可为金属，如钛、镍或金属合金。基材52可包括电路图案。应了解，图1的表示为显示了单个油墨端口74和喷嘴46的打印头的一小部分，可添加其他结构或者可去除或修改现有的结构。具有目前的设计的打印头可具有四个油墨入口和7040个喷嘴，其中每个颜色(例如，CMYK颜色模型中的青蓝、洋红、黄和黑)使用一个油墨入口。图1的结构可使用本教导的一个实施例形成，并可包括根据本教导的一个实施例的结构。

用于打印头应用的所需的粘合剂能够粘合金属层(例如不锈钢、铝等)和/或聚酰亚胺层的任意组合。在选择粘合剂时，类似的配方可具有不同的性质和操作特性。需要广泛的内部测试来表征粘合剂的性质，以确定是否其具有用于特定用途的必要特性。尽管供应商可公布一些操作特性，其他未知的特性可能引起寻找合适粘合剂的制造者的特别的兴趣，因此制造商所进行的粘合剂的表征是必要的。大量的粘合剂配方可购得，并且确定具有必要特性的粘合剂常常提出艰难的挑战。进一步使选择复杂化的是，粘合剂在不同厚度、不同施用过程和不同温度下可表现不同的特性。另外，当暴露于具有类似配方的不同化学品时，例如暴露于类似的但不同的油墨配方时，粘合剂可能不同地反应。环氧树脂和固化剂的多种组合在最终固化阶段提供了广泛的化学和机械性质范围。

本教导的一个实施例可包括使用粘合剂用于将两个或更多个打印头部分物理附接在一起。在使用时，粘合剂可经受严苛的化学油墨(如经染色的固体油墨、UV凝胶油墨和水性油墨)，并经受与打印(例如固体油墨)相关高温和高压。在一个实施例中，粘合剂可为作为热固性聚合物的环氧基液体粘合剂，并可为可得自马萨诸塞州沃本的树脂设计有限责任公司(Resin Designs,LLC of Woburn,MA)的TechFilm TF0063-86(即TF0063-86)。在一个实施例中，当粘合剂根据本教导的一个实施例适当加工时，其能够制造高性能、低成本、高密度的喷墨打印头。粘合剂对在目前打印应用中使用的敌对油墨具有化学抗性，并在高温高压打印条件下保持粘附性。

如上确定的粘合剂TF0063-86为B级双组分环氧树脂。正如许多环氧树脂那样，TF0063-86包含混合在一起以提供最终粘合剂的环氧树脂和环氧树脂固化剂(即硬化剂)。更具体地，TF0063-86环氧树脂膜粘合剂为基本组分的共混物，所述基本组分包括两种双酚A环氧树脂、甲酚线性酚醛清漆树脂、咪唑胺硬化剂，和潜性固化剂二氰二胺(即“DICY”)。与硬化剂和潜性固化剂相粘合的双酚A环氧树脂(DGEBA树脂)和甲酚线性酚醛清漆树脂的共混物提供足够的抗热氧化性、良好的可加工性、长的贮存期，和相比于一些其他粘合剂更高的耐热性。另外，所存在的相对较小量的DICY潜性固化剂(例如约2重量％至3重量％)减小了经固化的材料中的胺键数，否则所述胺键易于受到氧化侵袭。树脂和固化剂化学和比例的组合提供了在室温下延长的贮存期。可使用溶剂(例如乙酸2-丁氧基乙酯)来稀释未经固化的环氧树脂共混物，从而可将材料涂布于衬垫上以用作膜。另外，可保持最小量的所述溶剂以获得改进的处理粘合剂膜的容易度。激光烧蚀加工已显示所述膜可被准确切割成特定的几何形状。

甲酚线性酚醛清漆树脂的化学结构可为：

甲酚线性酚醛清漆树脂的另一化学结构可为：

所用的固化剂可为DICY，其具有如下形式：

DICY为当根据本教导加工时形成晶体的代表性潜性固化剂。其可以以分散于树脂内的细粉的形式使用。材料具有极长的贮存期，例如6至12个月。DICY在高温(例如约160℃至约180℃)下在约20分钟至约60分钟内固化。经固化的DICY树脂具有良好的粘合性，且相比于一些其他树脂较不易于染色。DICY可用于单组分粘合剂、粉末油漆和经预浸渍的复合材料纤维(即“预浸渍体”)中。

可用于环氧粘合剂中的另一共固化剂为咪唑。咪唑的特征在于相对较长的贮存期、通过在介质温度(80℃至120℃)下热处理相对较短的持续时间而使用高热变形温度形成经固化的树脂的能力，以及具有改进可加工性的适度反应性的各种衍生物的可得性。相比于当粘合剂与一些其他共固化剂一起使用时，当用作DICY的共固化剂时，咪唑可显示更好的贮存期、更快的固化速度和经固化的物质的更高耐热性。

各种咪唑的一些代表性的化学结构(其中的一种或多种可作为共固化剂包含)包括1-甲基咪唑：

2-乙基4-甲基咪唑：

和偏苯三酸1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑鎓盐：

TF0063-86可作为插入第一剥离衬垫与第二剥离衬垫之间的固体粘合剂供应，其中使用粘合剂将第一基材附接至第二基材。在本教导的一个实施例中，去除剥离衬垫以暴露第一粘合剂表面，使所述第一粘合剂表面接触第一基材的表面，去除第二剥离衬垫以暴露第二粘合剂表面，使所述第二粘合剂表面接触第二基材的表面。如下描述的实施例是关于插入第一剥离衬垫与第二剥离衬垫之间的固体粘合剂，尽管可预期其他实施例。

在本教导的一个实施例中，可使用用以施用粘合剂的特定方法，使用粘合剂将两个表面粘附或粘合在一起。所述方法可产生具有用于打印头制造应用的各种所需操作特性或性质的粘合剂，如果使用不同的施用过程，则不会出现所述操作特性或性质。已开发一种新型制造方法以能够使用TF0063-86环氧粘合剂用于打印头间隙粘合，所述打印头间隙粘合在高压下具有少的或无挤出，并具有良好的粘合强度而具有少的或无捕获气泡的形成。

使用TF0063-86粘合剂将两个或更多个表面附接在一起的工序可包括如下方法的一个实施例。尽管为了描述的简单而关于使用TF0063-86膜附接作为第一基材的聚酰亚胺膜和作为第二基材的不锈钢片材描述了方法，但应了解TF0063-86环氧粘合剂可用于将其他基材附接在一起，例如各种金属、聚酰亚胺层、除了聚酰亚胺之外的聚合物，以及它们的组合。

在一个实施例中，使用表面准备方法准备待粘合的基材表面。基材材料的组成取决于应用，并可包括诸如不锈钢或铝的金属，或诸如聚酰亚胺的聚合物和其他。表面准备可包括使用诸如异丙基醇(异丙醇，IPA)的溶剂清洁第一和第二基材，以去除诸如油和气载颗粒的痕量污染物质。

在使用溶剂清洁粘合表面之后，表面准备也可包括使粘合表面经受等离子体清洁过程。在一个实施例中，等离子体清洁过程可包括约2分钟至约10分钟的持续时间的氧等离子体清洁过程。使用等离子体清洁过程从粘合表面进一步去除任意污染物，并且将基材粗糙化以增加粘合表面积而获得改进的粘附。

在表面准备之后，粘合剂和第一基材准备用于使用粘合剂粘着。在一个实施例中，从固体粘合剂的第一表面去除第一剥离衬垫。至少将第一基材的粘合表面加热至约40℃至约120℃之间，或约50℃至约100℃之间，或约50℃至约60℃之间的粘着温度。可例如通过在加热板上或在烘箱内加热第一基材而进行所述加热。可加热整个第一基材，或者可仅加热粘合表面。在加热第一基材的粘合表面之后，例如通过将粘合剂的第一表面置于粘合表面上而使固体粘合剂的第一表面与第一基材的粘合表面接触，从而将第一基材粘着至粘合剂。

在粘着温度下，通过在压力下在粘合剂的第二表面上的暴露的第二剥离衬垫上，或在第一基材的第二表面(背面)上，或上述两者上移动辊而辊轧第一基材-粘合剂组件。所述辊轧阶段有助于去除在粘合剂的第一表面与第一基材的粘合表面之间的界面处的气泡。在一个实施例中，辊可抵靠表面在压力下，例如在约1psi至约10psi之间，或约1psi至约5psi之间的辊压下在第一基材-粘合剂组件上辊轧。

在所述加工阶段之后，将第一基材-粘合剂组件冷却至22℃或更低的环境温度，以产生粘着至粘合剂的第一基材。所述粘着工序用于将粘合剂润湿至基材上，以减少或消除气泡。

随后，从固体粘合剂的第二表面去除第二剥离衬垫。至少将第二基材的粘合表面加热至约40℃至约120℃之间，或约50℃至约100℃之间，或约50℃至约60℃之间的对于第一基材如上所述的粘着温度达约1分钟至约5分钟之间的持续时间。可例如通过在加热板上或在烘箱内加热第二基材而进行所述加热。可加热整个第二基材，或者可仅加热粘合表面。在加热第二基材的粘合表面之后，例如通过将粘合剂的第二表面置于粘合表面上而使固体粘合剂的第二表面与第二基材的粘合表面接触，从而将第二基材粘着至粘合剂。

在粘着温度下，通过在压力下在第二基材的背部移动辊而辊轧第二基材-粘合剂组件，以有助于去除在粘合剂的第二表面与第二基材的粘合表面之间的界面处的气泡。在一个实施例中，辊可抵靠表面在压力下，例如在约1psi至约10psi之间，或约1psi至约5psi之间的辊压下在第二基材-粘合剂组件上辊轧。在辊轧第二基材-粘合剂组件之后，使用粘性TF0063-86粘合剂将第一和第二基材部分粘附在一起。包括第一和第二基材和TF0063-86粘合剂的三层组件可冷却至环境温度，或者可例如通过将温度升温至如下所述的部分固化温度而直接前进至下一加工阶段而无冷却。尽管参照三层组件描述了方法，但三层组件可包括例如使用其他TF0063-86粘合剂层或现有的TF0063-86粘合剂的其他部分附接至三层组件的另外的基材。

在辊轧第二基材-粘合剂组件而形成三层组件之后，进行粘合剂部分固化过程。可将三层组件加热至约80℃至约140℃之间，或约90℃至约120℃之间，或约100℃至约120℃之间，例如约120℃的部分固化温度。三层组件可例如在加热板上或在烘箱中加热。一旦三层组件达到部分固化温度，则将热施加至三层组件达约10分钟至约20分钟之间，例如约15分钟的持续时间。所述部分固化过程为用以在随后加工过程中减小、最小化或消除粘合剂的挤出的关键阶段。如果所述部分固化阶段的温度和/或持续时间不足或过度，则可能发生粘合剂挤出、粘合剂的过度固化，或对粘合剂组分的损坏。

在部分固化过程之后，在压力下，例如在喷射堆层压机中，将三层组件加热至最终粘合温度，以完成粘合过程而形成经完全固化的粘合剂。在一个实施例中，可将组件加热至约100℃至约300℃之间，或约150℃至约200℃之间，或约180℃至约200℃之间，例如约190℃的最终粘合温度。一旦三层组件达到最终粘合温度，则将热施加至三层组件达约20分钟至约200分钟之间，或约60分钟至约100分钟之间，例如约70分钟的持续时间。在施加最终粘合温度的过程中，在喷射堆层压机内将约40psi至约100psi之间的粘合压力，或70psi或更小的压力，或70psi的最大压力，例如约55psi的压力施加至三层组件。在粘合压力下在最终粘合温度下固化粘合剂达上述持续时间之后，将压力和温度减小至环境水平以完成粘合过程。为了本公开的目的，“经完全固化的”粘合剂指充分固化以用于打印头的粘合剂(例如超过95％固化)。可例如取决于经完全固化的粘合剂是否100％固化，而在经完全固化的粘合剂中保留或不保留诸如DICY的固化剂和/或诸如咪唑的共固化剂。在一个实施例中，取决于经预固化的配方中的环氧树脂与固化剂的比例，即使粘合剂100％固化，诸如DICY的固化剂也可在固化之后保留在基体中。

在一个实施例中，参照图1，可使用TF0063-86环氧粘合剂作为外歧管粘合剂18、转向器附接粘合剂22、孔板粘合剂48、轮毂板粘合剂70、隔膜粘合剂72或通常任意打印头粘合剂。环氧粘合剂可用于物理附接一种或多种金属(例如不锈钢、铝、铜、金属合金等)、一种或多种半导体(例如硅、砷化镓等)，和/或一种或多种有机或无机聚合物(例如聚酰亚胺、尼龙、有机硅等)的任意组合。

在测试过程中，据发现根据上述方法实施例中的一种或多种制得的经固化的环氧粘合剂显示出良好适用于打印头应用的特性和性质。在一个测试中，使喷嘴钻孔至包括根据上述实施例制得的TF0063-86粘合剂的粘合剂样品中，并评价气泡。使用该过程未检测到大于20μm的气泡。

当经固化的粘合剂具有5％或更大的尺寸改变时(这可在高压打印过程中导致油墨的渗漏或打印头的爆破)，发生粘合剂的毛细作用或挤出。例如，在固体喷墨打印头内的压力可达到至多10psi。本主题的材料显示小于5％的挤出。在根据上述实施例加工的包括插入不锈钢层与聚酰亚胺层之间的TF0063-86粘合剂的具有500μm喷嘴的组件上进行挤出测试。完成的粘合剂具有约1密耳的厚度。在喷射堆层压机中的最终粘合之后，全部喷嘴均为开放的。使用相同方法制得的不同的打印头粘合剂未能令人满意地表现，且喷嘴完全堵塞。另外，无部分固化阶段的相同粘合剂失败。

为了提供金属与金属、金属与聚酰亚胺或聚酰亚胺与聚酰亚胺的充分粘合，无论材料为何，粘合剂都必须提供大于约200psi的搭接剪切强度。一些粘合剂最低程度地满足该公差、不满足该容差，或仅在室温下满足该容差。在搭接剪切样品制备中，在IPA的超声浴中清洁不锈钢被粘物达5分钟，然后清洁剂超声清洁另外4分钟，之后在去离子水中冲洗5分钟，之后在100℃下烘箱干燥30分钟，然后等离子体清洁。TF0063-86粘合剂以1.0密耳的厚度在如上所述的被粘物之间粘合。对于0.62in²的面积，发现最大载荷为1627.2磅力(lbf)，发现搭接剪切强度大于2600psi(2625psi)，从而将第一基材粘合至第二基材。因此，根据上述方法制得的材料显示出用于打印头应用的良好粘合强度。

另外，在暴露于严苛油墨的过程中粘合剂的重量增加(即质量吸收)产生溶胀，这可在高温高压使用过程中导致打印头的渗漏或爆破。在本教导的一个实施例中，当暴露于凝胶UV油墨时，当在90℃下连续暴露于严苛油墨达20周时，经固化的环氧粘合剂抵抗重量增加和溶胀(即小于0.4％的重量增加)，因此与严苛油墨可相容。相比之下，用于打印头制造中的一些常规油墨在暴露于严苛油墨时显示显著的重量改变，在一些情况中在小于1000小时的测试之后显示高达160％的百分比重量改变。

尽管一些环氧粘合剂使用高压(例如大于200psi的压力)固化，但本主题的材料可在200psi或更小，例如约55psi的压力下固化。在打印头制造过程中尽可能避免极端压力，因为在高压组装过程中诸如压电元件和电子电路的各种打印头结构可能被损坏。然而，在使用一些常规粘合剂的常规方法中使用高压，以改进粘合剂粘合和打印头可靠性。

在使用TF0063-86粘合剂形成诸如图1的结构的层合打印头结构之后，用油墨206(图2)，例如UV或UV凝胶油墨、固体油墨或水性油墨填充打印头。这些油墨可特别地与暴露于打印头内的油墨的使用常规技术施用的常规环氧粘合剂发生化学反应。在一个实施例中，本主题的材料抵抗与油墨化学相互作用，例如重量增加和溶胀(质量吸收)。

另外，在一个实施例中，环氧粘合剂的储能模量在20℃的温度下为约100兆帕(MPa)至约1500MPa之间，在120℃的温度下为约3MPa至约700MPa之间。粘合剂的一个实施例可进一步具有在20℃下大于1个月，在0℃下大于1年的储存寿命。

为了降低相邻层之间的油墨渗漏，粘合剂内的填料材料的粒度应该尽可能小。本主题的材料内的填料可包括多种粒子，其中所述多种粒子中的每一种的最大直径(或在任意方向上的最大尺寸)为1.0μm或更小。填料材料可包括碳酸钙、二氧化硅、氧化铝、氢氧化铝、硫酸钡、二氧化钛和高岭土中的一种或多种。

图2为根据本教导的一个实施例制备、分配和固化的粘合剂膜的样品的差示扫描量热法(DSC)图。图2显示了在100之前和102固化之后的膜。

图3为根据本教导的一个实施例制备、分配和固化的粘合剂膜的样品的动态力学分析(DMA)图。对于该样品，粘合剂膜在190℃的温度下固化70分钟。图3显示了经固化的膜样品的储能模量(MPa)104、损耗模量(MPa)106，和tanδ108。图3显示，在190℃下固化样品70分钟完全固化粘合剂。如图3所示，经固化的环氧树脂的玻璃化转变温度(Tg)为约149℃，这远超过水性油墨的40℃的打印头操作温度。

图4显示了在190℃下固化70分钟的样品在多种不同的条件和油墨中储存的测试结果。分别的样品储存于环境实验室空气、140℃的空气、140℃的氮气中，并浸入油墨中达至多16周，所述油墨包括140℃下的Xerox LancE油墨，140℃下的染色黑色油墨、SunJet UV油墨、可得自加利福尼亚州帕洛阿尔托的惠普公司(Hewlett Packard of Palo Alto,CA)的胶乳水性油墨，和可得自俄亥俄州辛辛那提的柯林斯喷墨公司(Collins Inkjet ofCincinnati,OH)的染料基水性油墨。B级膜粘合剂显示出优良的油墨相容性。在胶乳水性油墨和染料基水性油墨中，膜均显示小于2％的重量增加。

图5显示了使用本教导的一个实施例制得的打印头的长期粘合强度测试的结果。制备具有1密耳厚的粘合剂的搭接剪切试样，以评价使用不锈钢被粘物的粘合剂的粘合强度。长期老化测试在水性油墨环境中开始。在典型的搭接剪切样品制备中，不锈钢被粘物在IPA超声浴中清洁5分钟，之后清洁剂超声清洁4分钟，并且DI水冲洗5分钟。部件在100℃下烘箱干燥30分钟，然后等离子体清洁。随后，使用与上述相同的粘着和粘合工序在两个不锈钢被粘物之间粘合粘合剂。图5和6显示了在水性油墨环境中的搭接剪切老化结果。数据在115℃的高温下收集。在HP胶乳水性油墨中(图5)，剪切强度在至多8周的时间内减小，并保持约1200psi的粘合强度达至多24周。在Collins染料基水性油墨中(图6)，剪切强度在至多5周的时间内减小，并保持约1500psi的粘合强度达至多16周。如所示，在每个情况中，根据本文描述的实施例制得的粘合剂膜保持远超过在水性油墨打印头中的性能所需的200psi的粘合强度，并超过1000psi。

另外，使用材料耐破度测试结构(MTS)测试作为功能测试，在多种不同的油墨中进行耐破度测试，以监测在使用根据本教导的一个实施例的粘合剂的粘合界面中的渗漏。制备粗特征和细特征，并将其浸入数种老化环境中，包括HP胶乳水性油墨。在超过110天的测试中，在老化环境中的任意者中，粗特征(图7)和细特征(图8)均不显示故障。尽管渗漏指定为4.8psi/min的渗漏速率，但测试样品的渗漏速率均显示小于0.05psi/min的渗漏速率。

图8显示了包括打印机外壳202的打印机200，包括本教导的一个实施例的至少一个打印头204已安装至所述打印机外壳202中，且所述打印机外壳202容纳打印头204。在操作过程中，油墨206从一个或多个打印头204中喷射。打印头204根据数码指令操作，以在打印介质208(如纸片材、塑料等)上产生所需图像。打印头204可在扫描运动中相对于打印介质208前后移动，以逐列产生打印图像。或者，打印头204可保持固定，打印介质208相对于打印头204移动，从而在单程中产生如打印头204那样宽的图像。打印头204可比打印介质208更窄，或与打印介质208一样宽。在另一实施例中，打印头204可打印至中间表面(如转鼓或带(为了简化而未显示))，以用于随后转印至打印介质。

因此，根据本教导的一个实施例制得的粘合剂显示出与通常被认为提供对于使用常规方法制得和固化的常规打印头粘合剂而言严苛且困难的油墨环境的多种油墨的良好的相容性和性能。

尽管列出了数值范围和参数，但本教导的较广范围为近似值，在具体实例中列出的数值尽可能精确地进行报道。然而，任何数值固有地含有必然源于在它们各自的测试测量中所出现的标准偏差的某些误差。此外，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包括的任何和所有子范围。例如，“小于10”的范围包括在最小值0和最大值10之间的任何和所有子范围(包括最小值0和最大值10)，即，具有等于或大于0的最小值和等于或小于10的最大值的任何和所有子范围，例如1至5。在某些情况中，对于参数所述的数值可采用负值。在此情况中，称为“小于10”的范围的示例值可采取负值，例如-1、-2、-3、-10、-20、-30等。

Claims (5)

1.一种用于形成喷墨打印头的方法，其包括：

将第一基材的第一表面加热至40℃至120℃之间的温度；

使所述第一基材的经加热的第一表面与环氧粘合剂的第一表面接触，以将所述环氧粘合剂粘着至所述第一基材的第一表面；

在所述环氧粘合剂的第二表面上的剥离衬垫上或在所述第一基材的第二表面上移动辊，以去除在所述环氧粘合剂的第一表面与所述第一基材的第一表面之间的界面处的气泡；

将所述第一基材和所述环氧粘合剂冷却至22℃或更低的温度；然后

将第二基材的第一表面加热至40℃至120℃之间的温度；

在所述环氧粘合剂粘着至所述第一基材的第一表面的情况下，使所述第二基材的经加热的第一表面与所述环氧粘合剂的第二表面接触，以将所述环氧粘合剂粘着至所述第二基材的第一表面；

在所述第二基材的第二表面上移动辊，以去除在所述环氧粘合剂的第二表面与所述第二基材的第一表面之间的界面处的气泡；然后

在将所述环氧粘合剂粘着至所述第一基材和所述第二基材之后，通过将所述第一基材、所述第二基材和所述环氧粘合剂加热至80℃至140℃之间的温度达10分钟至20分钟之间的持续时间，从而部分固化所述环氧粘合剂；

在部分固化所述环氧粘合剂之后，通过在压机内在40psi至100psi之间的压力下将所述第一基材、所述第二基材和所述环氧粘合剂加热至100℃至300℃之间的温度达20分钟至200分钟之间的持续时间，从而完全固化所述环氧粘合剂；

使用水性油墨填充所述喷墨打印头，并将经完全固化的所述环氧粘合剂暴露于所述水性油墨。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

所述第一基材的加热将所述第一基材加热至50℃至60℃之间的温度；

所述第二基材的加热将所述第二基材加热至50℃至60℃之间的温度；

所述环氧粘合剂的部分固化将所述环氧粘合剂加热至120℃的温度；和

所述环氧粘合剂的完全固化在55psi的压力下将所述环氧粘合剂加热至190℃的温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

在所述环氧粘合剂的第二表面的剥离衬垫上或在所述第一基材的第二表面上移动辊在1psi至10psi之间的辊压下进行；和

在所述第二基材的第二表面上移动辊在1psi至10psi之间的辊压下进行。

4.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

在溶剂中清洁所述第一基材的第一表面和所述第二基材的第一表面；和

在溶剂中清洁所述第一基材的第一表面和所述第二基材的第一表面之后，使所述第一基材的第一表面和所述第二基材的第一表面暴露于等离子体，以进一步清洁所述第一基材的第一表面和所述第二基材的第一表面。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一基底是聚合物和金属中的一种，并且所述第二基底是聚合物和金属中的另一种。