CN113119594B - 流体喷射盒及其改善方法、流体喷射装置 - Google Patents

流体喷射盒及其改善方法、流体喷射装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种流体喷射盒、用于改善对喷射头的喷嘴板的密封的方法及流体喷射装置。所述流体喷射盒具有用于有机溶剂系流体的盒本体，所述盒本体具有对所述盒本体的第一端进行闭合的盖、位于所述盒本体的与所述第一端相对的第二端上的喷射头、以及在所述第一端与所述第二端之间附装到所述第一端及所述第二端的侧壁，其中所述侧壁包括第一侧壁、与所述第一侧壁相对的第二侧壁、附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第一端壁、以及与所述第一端壁相对且附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第二端壁。可移除胶带附着到所述喷射头的喷嘴板及所述第一侧壁的一部分，其中所述可移除胶带包括聚合背衬膜及铂固化硅酮粘合剂。

Description

流体喷射盒及其改善方法、流体喷射装置
技术领域
本发明涉及流体喷射盒的领域。更具体来说，本发明涉及一种在容纳有机溶剂的流体喷射盒上使用的改善型密封胶带，尤其涉及一种流体喷射盒、用于改善对喷射头的喷嘴板的密封的方法及流体喷射装置。
背景技术
流体喷射盒(fluidic ejection cartridge)可用于包括例如喷墨印刷应用(inkjet printing application)、医疗流体递送应用(medicinal fluid deliveryapplication)及蒸汽递送应用(vapor delivery application)等在内的各种应用中。此类盒(cartridge)处于从制造地的运输中及/或处于存储中(在安装及使用之前)的时间量可能构成所述盒的生命周期的一大部分。在一些情况下，运送及存储时间甚至可构成所述盒的生命周期的大多部分。因此，重要的是即使在所述盒处于存储中达延长的时间段的情况下使所述盒的可操作性仍不会在存储期间降低。
在流体喷射盒的运送及存储期间，使用保护性胶带来覆盖喷射头及喷射头上的喷射喷嘴。在所述盒的运送及存储期间，保护性胶带防止喷射头受到污染、防止流体从喷射头渗出且减少从所述盒中的流体蒸发的溶剂量。在使用之前，从流体喷射盒移除保护性胶带，以暴露出喷射喷嘴。
用于密封喷射头中的喷嘴孔的传统压敏粘合剂(pressure sensitive adhesive，PSA)密封胶带通常是具有聚氯乙烯或聚对苯二甲酸乙二酯背衬膜的丙烯酸型粘合剂。然而，当流体盒容纳有机溶剂而非水系流体时，传统保护性胶带中的丙烯酸粘合剂可能被有机溶剂溶解，从而使流体从盒中泄漏及/或胶带过早地从喷射头剥离。
为了确保保护性胶带不会过早地从喷射头剥离，必须找到一种合适的胶带及粘合剂系统，所述胶带及粘合剂系统将不会容易地被流体盒中存在的有机溶剂溶解且提供具有合适剥离强度的保护性胶带。因此，需要一种可与容纳有机溶剂而非水系流体的流体盒一起使用的压敏粘合剂胶带密封系统。
发明内容
关于上述内容，本发明的实施例提供一种流体喷射盒及其保护性胶带。所述流体喷射盒具有用于有机溶剂系流体的盒本体，所述盒本体具有对所述盒本体的第一端进行闭合的盖、位于所述盒本体的与所述第一端相对的第二端上的喷射头、以及在所述第一端与所述第二端之间附装到所述第一端及所述第二端的侧壁，其中所述侧壁包括第一侧壁、与所述第一侧壁相对的第二侧壁、附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第一端壁、以及与所述第一端壁相对且附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第二端壁。可移除胶带附着到所述喷射头的喷嘴板及所述第一侧壁的一部分，其中所述可移除胶带包括聚合背衬膜及铂固化硅酮粘合剂。
在另一方面中，本发明提供一种用于改善对喷射头的喷嘴板的密封的方法，所述喷射头附装到容纳有机溶剂系流体的流体喷射盒。所述方法包括：提供用于所述有机溶剂系流体的盒本体，所述盒本体具有对所述盒本体的第一端进行闭合的盖、位于所述盒本体的与所述第一端相对的第二端上的所述喷射头、以及在所述第一端与所述第二端之间附装到所述第一端及所述第二端的侧壁，其中所述侧壁包括第一侧壁、与所述第一侧壁相对的第二侧壁、附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第一端壁、以及与所述第一端壁相对且附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第二端壁。将可移除胶带附着到所述喷射头的所述喷嘴板及所述第一侧壁的一部分，其中所述可移除胶带包括聚合背衬膜及铂固化硅酮粘合剂。
在再一方面中，本发明提供在干的硅晶片上的剥离强度介于约175N/m至约350N/m的范围内的可移除胶带。在一些实施例中，所述可移除胶带在浸没在有机溶剂中三天的硅晶片上的剥离强度介于约17N/m至约70N/m的范围内。在其他实施例中，所述铂固化硅酮粘合剂在所述聚合背衬膜上的厚度介于约20微米至约70微米的范围内。在一些实施例中，所述可移除胶带包含施加到聚合背衬膜的铂固化硅酮粘合剂材料，其中所述聚合背衬膜的聚合物选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚酰胺及聚酰亚胺。
在一些实施例中，所述可移除胶带设置在所述喷嘴板上，以防止所述有机溶剂系流体从所述喷射头泄漏出。
在又一些实施例中，提供一种流体喷射装置，其包含用于有机溶剂系流体的流体喷射盒，其中所述流体喷射盒的喷射头上的喷嘴板覆盖有可移除胶带，所述可移除胶带包含聚合背衬膜及铂固化硅酮粘合剂。
本发明实施例的特定优点是，在包含有机溶剂系流体的流体盒的运送及存储期间，可移除胶带在延长的时间段内有效地覆盖并密封所述流体盒的喷射头的喷嘴板。
附图说明
通过结合各图参照详细说明可知本发明的再一些优点，为了更清楚地示出细节而并未按比例绘制各图，其中在所有的几个视图中，相同的参考编号指示相同的元件，且在视图中：
图1是根据本发明实施例的流体喷射盒的侧视立体图。
图2是图1所示流体喷射盒的端视立体图。
图3是图1所示流体喷射盒的喷射头的俯视立体图。
图4是图1所示流体喷射盒的未按比例绘制的示意性分解图。
图5是用于保护图1所示流体喷射盒的喷射头的保护性密封胶带及易撕胶带(pulltape)的未按比例绘制的立体图。
图6是用于附着到流体盒侧壁的图5所示保护性密封胶带的未按比例绘制的剖视图。
具体实施方式
参照图1，其示出流体盒10，流体盒10包含保护性密封胶带12及与保护性密封胶带12的一部分16交叠的易撕胶带14。保护性密封胶带12用于覆盖附装到流体盒10的喷射头20的喷嘴板18。保护性密封胶带12防止对喷射头20的污染及损坏，密封喷嘴板18中的喷嘴孔，使得流体盒10中的流体不会在流体盒10的运送及存储期间泄漏出或变干并堵塞喷嘴孔。
如图2中所示，柔性电路22电连接到喷射头20，以在流体盒10被使用时控制流体从流体盒10的喷射。柔性电路上具有电触点24，电触点24设置在流体盒10的第一端壁26上，用于电连接到流体喷射装置，例如打印机、吸入器、电子烟等。盖28附装到流体盒10的第一端30，第一端30与流体盒的包含喷射头20的第二端32相对。易撕胶带14及保护性密封胶带12以可移除方式附着到流体盒的第一侧壁(图1)。射流盒10还包含与第一侧壁34相对的第二侧壁38及与第一端30相对的第二端壁40。
在将盒10安装在流体喷射装置中并使用之前，通过抓住易撕胶带14的一端上的突片并将易撕胶带14拉离流体盒10的第一侧壁34，将易撕胶带14从流体盒10的第一侧壁34剥离。随着易撕胶带14从流体盒10被移除，在交叠区域16中附着到易撕胶带14的保护性密封胶带12也从流体盒10被移除，使得然后可从喷射头20喷射流体。
在图4中示意性示出的流体盒10的分解图中可看到流体盒10的再一些细节。喷射头20包括：半导体衬底42，柔性电路22电附装到半导体衬底42；以及喷嘴板18，在柔性电路22的窗口(图中未示出)中附装到半导体衬底42。在一些实施例中，流体盒10填充有开孔泡沫材料46，以盛装待从喷射头20喷射的流体。
在本文所述的实施例中，保护性密封胶带12用于覆盖并保护喷嘴板18上的喷嘴孔，如上所述。保护性密封胶带12在图5及图6中示出，且是总厚度为约45微米至约150微米的胶带12。保护性密封胶带12具有：由聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚丁二烯、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、氯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二酯、聚氨酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、离聚物树脂、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、乙烯-甲基(丙烯酸烷基酯)共聚物、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺或聚碳酸酯形成的基础膜层50，具有约20微米至约80微米(例如约25微米至约75微米)的厚度；以及粘合剂层52，位于基础膜层50的一侧上，具有约20微米至约70微米的厚度。在使用20毫米宽的样本以300mm/min的剥离速度及90度的夹角进行测定时，粘合剂层52在硅晶片上的剥离强度介于约170牛顿/米(Newton per meter，N/m)至约350牛顿/米的范围内。重要的是使保护性密封胶带12的粘合剂层52包含少量的杂质，因为杂质会紧密接触喷嘴板18并且可污染喷嘴板中的喷嘴孔，从而阻止喷嘴孔正确运行。
易撕胶带14在交叠区域16中附着到保护性密封胶带12的背侧54。易撕胶带可由各种各样的材料制成，只要在易撕胶带14的底侧56上使用的粘合剂的剥离强度是保护性密封胶带12的剥离强度的约2倍且合意地至少约3倍即可。在一些实施例中，易撕胶带14具有大于约120N/m(例如大于约140N/m)且合意地大于约200N/m的剥离强度。易撕胶带14还邻近保护性密封胶带12附着到盒10的第一侧壁34。
应了解，具有半导体衬底42及喷嘴板18的喷射头20是经过精密制造的装置，其能够进行高分辨率流体喷射。因此，保护喷射头20对于流体喷射装置的正确操作来说是重要的。如图1中所示，保护性密封胶带12被施加到流体喷射盒10的喷射头20及第一侧壁34，且易撕胶带14邻近保护性密封胶带12的一端被施加到流体喷射盒10的第一侧壁34。因此，可沿与喷嘴板18及衬底42的纵向方向正交的方向从喷射头20剥离保护性密封胶带12。此种剥离方向有效地减小当从喷射头20剥离保护性密封胶带12时可使喷射头20遭受的应力，并且降低喷嘴板18将从衬底42脱层的可能性。因此，期望相对于喷射头沿正交方向而非沿纵向方向剥离保护性密封胶带12。
如图1及图5中所示，重要的是使易撕胶带14与保护性密封胶带12的背侧54交叠，以改善保护性密封胶带12从盒10的移除。此外，由于保护性密封胶带12具有比易撕胶带14低的剥离强度，因此使保护性密封胶带12在易撕胶带14的背侧58上交叠可导致保护性密封胶带12与易撕胶带14的分离且因此使得保护性密封胶带12从喷射头20被不完全地移除。
在易撕胶带14的底侧56上使用的粘合剂材料对于所公开的实施例来说并非是特别关键的。因此，易撕胶带粘合剂可为包含聚合引发剂的选自例如以下等各种辐射可固化聚合物的压敏粘合剂：环氧树脂、二烯烃、聚胺基甲酸酯、聚酰亚胺、丙烯酸聚合物、硅酮及乙烯基酯聚合物。可使用的丙烯酸聚合物的实例包括(甲基)丙烯酸烷基酯的均聚物或共聚物、以及(甲基)丙烯酸酯及另一种可共聚单体(例如(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯、(甲基)丙烯酸、衣康酸、马来酸酐、(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸N-羟甲基酰胺、(甲基)丙烯酸烷基氨基烷基酯、经硅酮加合的丙烯酸酯、乙酸乙烯酯、苯乙烯或丙烯腈)的共聚物。除了丙烯酸粘合剂材料及环氧树脂粘合剂材料之外，聚酰亚胺及硅酮系材料也可用作易撕胶带14的底侧56上的压敏粘合剂层的基本材料。
重要的还有使保护性密封胶带12的粘合剂层52耐受流体盒10中的有机溶剂系流体的有机溶剂。初步研究发现，硅酮系粘合剂最耐受在商业及工业油墨中使用的非常苛刻的溶剂。存在用于制造硅酮粘合剂的2种类型的硅酮树脂。最常见的硅酮树脂使用过氧化苯甲酰(benzoyl peroxide，BPO)催化剂。这些树脂具有优异的高温性能、粘性及粘附力。遗憾地，溶剂可以交联反应发生反应而使粘合剂分解。另一种类型的硅酮树脂是铂固化硅酮树脂。铂固化硅酮树脂不太常见，因为其较昂贵且如果处理不当，可能很容易中毒。然而，铂固化硅酮树脂较耐受溶剂侵蚀。据观察，铂固化硅酮树脂粘合剂胶带是唯一与溶剂系系统相容的粘合剂材料。为了进一步改善粘合剂的粘着性能，在树脂中添加了玻璃纤维。
特别合适的铂固化硅酮粘合剂包括乙烯基官能聚二甲基硅氧烷及硅酮树脂在甲苯及二甲苯中的经玻璃填充混合物。合适的铂固化硅酮粘合剂具有介于高于约4g/cm至小于约300g/cm的范围内且特别是在约40g/cm至约250g/cm的范围内的粘附特性，并且不溶于甲乙酮、乙醇或甲醇。
因此，令人非常惊讶地发现，只有经玻璃填充的铂固化硅酮粘合剂对于用于密封容纳有机溶剂系流体的盒10是有效的。合适的保护性密封胶带12包含用于接触并密封喷嘴板18中的喷嘴孔的铂固化硅酮系粘合剂。具体来说，粘合剂层52合适地是经玻璃填充的铂固化硅酮粘合剂层52。已发现，此种经玻璃填充的铂固化硅酮粘合剂材料特别耐受有机溶剂系流体，从而在暴露于盒10中的有机溶剂系流体时在长时间段内维持剥离强度。尽管具有相对高的初始剥离强度，传统的粘合剂(例如丙烯酸粘合剂、经过氧化物催化的硅酮粘合剂、天然及合成橡胶系粘合剂及热熔粘合剂)不能维持合适的剥离强度及/或不能在喷嘴板上保持原位，如以下实施例所示。
为了证实本发明实施例的优点，提供以下非限制性实例。
实例
为了判断特定粘合剂材料是否适合在容纳有机溶剂系流体的流体盒上使用，使用筛选测试来评估包含不同粘合剂材料的保护性胶带。筛选测试包括将样本胶带放置在涂布有疏水性环氧树脂喷嘴板材料的半导体晶片上。然后使用剥离测试工具来测定样本胶带相对于经涂布晶片的初始剥离强度(T0)。接下来，将附着有样本胶带的晶片放置在容纳有机溶剂的容器中3天，并将溶剂维持在60℃的温度下。
在3天之后，从容器取出晶片，并用乙醇从晶片及胶带冲洗溶剂。使用剥离工具来测定在溶剂中3天之后的剥离强度(T3)。
如果样本胶带的剥离强度足以将样本胶带保持在晶片上，则在容纳有机溶剂系流体的流体盒的实际喷射头上测试样本胶带。在喷射头测试中，将样本胶带附着到喷射头，并为盒填充有机溶剂系流体。将盒放置在60℃的烤箱中8周，并记录喷射头的任何流体泄漏。还对包含样本胶带的盒进行跌落及高度测试。以下表中示出包含不同粘合剂材料的各种胶带的溶剂测试结果。
表1
Figure BDA0002882287140000071
如以上数据所示，丙烯酸粘合剂样本1及3、硅酮粘合剂样本5、6及13以及橡胶样本10、11及12均具有相对高的初始剥离强度(T0)。只有样本4、5、6及13在三天之后具有可测量的剥离强度(T3)。令人惊讶的是，尽管与样本6相比，样本13的初始剥离强度(T0)较低，但在盒测试中，只有样本13的铂固化硅酮粘合剂材料继续密封流体盒。更令人惊讶的是如下事实：包含与样本13的粘合剂相似的过氧化物固化硅酮粘合剂的样本5未通过盒测试。
有机溶剂对于有机材料(尤其是粘合剂)来说是非常苛刻的环境。发现铂固化硅酮粘合剂比丙烯酸树脂、橡胶、合成橡胶、丙烯酸/橡胶混合物或热熔粘合剂更好地耐受苛刻的环境。然而，数据表明，并非所有的硅酮粘合剂均能通过溶剂的侵蚀性测试。发现只有铂固化硅酮粘合剂胶带适合在容纳有机溶剂系流体的流体盒上使用。
如上所述，流体喷射盒10可用于包括例如喷墨印刷应用等在内的各种应用中。流体喷射盒也可用于其他非印刷应用，尤其是需要对少量液体材料及蒸汽材料进行精确计量的应用。例如，本文所述的喷射盒可用于制备化妆品、涂料、或润滑剂以及用于喷射医疗治疗用的液体及蒸汽。
呈现对本发明优选实施例的以上说明是出于说明及阐述的目的。所述说明并非旨在作为穷尽性说明或将本发明限制于所公开的确切形式。根据以上教示内容，可作出明显的修改或变化。选择并阐述所述实施例是为了提供对本发明原理及其实际应用的最佳说明，且从而使所属领域中的普通技术人员能够在各种实施例中并且以适合于所预期的特定用途的各种修改来利用本发明。当根据所附权利要求被公平地、合法地并公正地拥有的广度加以解释时，所有此类修改及变化均处于由所附权利要求所确定的本发明范围内。

Claims (13)

1.一种流体喷射盒，包括：
用于有机溶剂系流体的盒本体，具有对所述盒本体的第一端进行闭合的盖、位于所述盒本体的与所述第一端相对的第二端上的喷射头、以及在所述第一端与所述第二端之间附装到所述第一端及所述第二端的侧壁，其中所述侧壁包括第一侧壁、与所述第一侧壁相对的第二侧壁、附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第一端壁、以及与所述第一端壁相对且附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第二端壁；以及
可移除胶带，附着到所述喷射头的喷嘴板及所述第一侧壁的一部分，其中所述可移除胶带包括聚合背衬膜及施加到所述聚合背衬膜的经玻璃填充的铂固化硅酮粘合剂。
2.根据权利要求1所述的流体喷射盒，其中所述可移除胶带在干的硅晶片上的剥离强度介于175N/m至350N/m的范围内。
3.根据权利要求1所述的流体喷射盒，其中所述可移除胶带在浸没在有机溶剂中三天的硅晶片上的剥离强度介于17N/m至70N/m的范围内。
4.根据权利要求1所述的流体喷射盒，其中所述可移除胶带设置在所述喷嘴板上，以防止所述有机溶剂系流体从所述喷射头泄漏出。
5.根据权利要求1所述的流体喷射盒，其中所述铂固化硅酮粘合剂在所述聚合背衬膜上的厚度介于25微米至75微米的范围内。
6.根据权利要求1所述的流体喷射盒，其中所述聚合背衬膜的聚合物选自由聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚酰胺及聚酰亚胺组成的群组。
7.一种流体喷射装置，包括如权利要求1所述的流体喷射盒。
8.一种用于改善对喷射头的喷嘴板的密封的方法，所述喷射头附装到容纳有机溶剂系流体的流体喷射盒，所述方法包括：
提供用于所述有机溶剂系流体的盒本体，所述盒本体具有对所述盒本体的第一端进行闭合的盖、位于所述盒本体的与所述第一端相对的第二端上的所述喷射头、以及在所述第一端与所述第二端之间附装到所述第一端及所述第二端的侧壁，其中所述侧壁包括第一侧壁、与所述第一侧壁相对的第二侧壁、附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第一端壁、以及与所述第一端壁相对且附装到所述第一侧壁及所述第二侧壁的第二端壁；以及
将可移除胶带附着到所述喷射头的所述喷嘴板及所述第一侧壁的一部分，其中所述可移除胶带包括聚合背衬膜及施加到所述聚合背衬膜的经玻璃填充的铂固化硅酮粘合剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述可移除胶带在干的硅晶片上的剥离强度介于175N/m至350N/m的范围内。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述可移除胶带在浸没在有机溶剂中三天的硅晶片上的剥离强度介于17N/m至70N/m的范围内。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述可移除胶带覆盖所述喷射头上的所述喷嘴板，并防止所述有机溶剂系流体从所述喷射头泄漏出。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述铂固化硅酮粘合剂在所述聚合背衬膜上的厚度介于25微米至75微米的范围内。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述聚合背衬膜的聚合物选自由聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯、聚酰胺及聚酰亚胺组成的群组。
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