CN1612786A - 用于制作嵌入微粒的薄条的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明是用于将微粒散布在一表面(12)上的一设备。该设备包括用于接纳微粒的一漏斗(50)。该漏斗包括一漏斗孔(55)。在漏斗孔(55)上设置筛网(56),以致覆盖该孔。靠近筛网(56)设置一毛刷(58),以致毛刷上的硬毛接触该筛网。
Description
技术领域
本发明涉及将微粒嵌入薄条(web)中。更具体地,本发明涉及用于在胶粘薄膜中嵌入微粒的一加工过程。
背景技术
含有微粒的薄条大家是知道的。通常这些薄条是薄膜或带子。通常通过在将薄膜产品母体成为薄膜状之前将微粒散布在其中,来制造含有微业的薄膜。对于溶剂基的树脂和对于在它们的预交联的状态中具有一低粘度的可交联的树脂来说,这散布技术工作得很好。通过选工艺参数、例如薄膜产品母体粘度和剪切速率通常能够解决关于微粒散布的诸问题。
但是,对于热熔加工的树脂,微粒散布能够是很困难的。如果微粒较在加工设备中的间隙小得多,则几乎没有什么问题。对于例如各向异性的导电胶粘剂的应用,不总是希望使用这样小的微粒。在这些应用中使用了这些小微粒,由于胶粘剂流动到薄膜厚度等于小微粒的直径的位置所花费的时间,所以粘合时间可以是较长的。有利的是具有其尺寸更接近胶粘薄膜厚度的微粒。但是,如果微粒尺寸接近在加工设备(包括复合配制设备和涂覆设备)中的各种间隙的尺寸,则虽然保持微粒完整性但是在混和中会发生问题,以及能够引起加工设备的损坏。此外,有时希望使微粒从薄膜的表面突出,例如在制造反向反射薄膜时。当在一热熔化过程使用可固化材料时,必须在提供一足够高的温度以产生能够混和的一粘度、同时又保持该温度低到足以防止过早固化之间实现一平衡。
有许多已知系统以一定图形以及一随机图形将微粒放置在一薄膜上。大多数包括将诸粒子分开的一第一步骤和将它们转移到一薄条的一第二步骤。许多技术包括将微粒放入袋内(Calhoun等人的美国专利号5,087,494),使微粒通过筛网(Sakatsu等人的美国专利号5,616,206),与铁磁微粒磁性对齐(Jin等人的美国专利号4,737,112;Basavanhally的美国专利号5,221,417),任何微粒与铁磁流体的磁性对齐(McArdle等人,美国专利号5,851,644;美国专利号5,916,641),拉伸在其上带有紧密填塞的微粒的一薄膜(Calhoum等人的美国专利号5,240,761),以及微粒印刷(Calhoun等人的美国专利号5,300,340)。在EP 0691660中Goto等人传授了转移微粒的另一方法,其中对导电微粒充以静电,以通过与薄膜接触的一筛网将它们吸引在一粘附(“硅酮基粘性材料)薄膜上。对筛网(或面罩)充有电荷,以吸引微粒。在这情况下,微粒仅覆盖没有被遮挡的那些区域。该筛网用作为一选择性的过滤器,允许微粒仅通过对应于筛网中开口处的一图形。刷去多余的微粒或对筛网真空抽吸。分布的导电微粒之间的间隙充填一可光固化的或热固化的树脂,以防止微粒内部的电连接。一旦固化了树脂,从充填微粒的树脂上将粘性材料与面罩一起撕去,以形成一各向异性的导电树脂。这些技术将要求对设备进行很大投资,或者需要各种可处理的或可再使用的零件,这些零件增加了产生嵌入微粒的薄条的成本。本发明体现为一较简单的装置。
在嵌入微粒的薄条中的微粒控制了薄膜的粘性水平或提供附加的效用。例如,如果微粒是导电的,则能够制成一导电胶粘薄膜。能够将导电胶粘薄膜用作为在电子元件的组装中的层,例如将柔性电路附接至印刷电路板等。Z轴导电胶粘薄膜可用在制造多层结构中的多个、分离的电互连中,其中要求诸相邻部分的侧向电绝缘。在另一例子中,微粒能够反向反射,产生反向反射薄膜。如果微粒不具有内在的粘性,能够通过微粒嵌入的程度控制一粘性薄条的粘性水平。并且,微粒可以是带有包封材料的空心球,产生带有在表面上或表面附近的包封材料的一薄条,一旦使用、包封材料变为是可利用的。
发明内容
本发明是用于将微粒散布在一表面上的一设备。该设备包括用于接纳微粒的一漏斗。该漏斗包括一漏斗孔。在漏斗孔上设置筛网,从而覆盖该孔。在筛网的附近设置一毛刷,使毛刷上的硬毛接触该筛网。
本发明还包括用于将微粒散布在一表面上的一方法。微粒被保持在具有一孔的一漏斗内,在该孔上设置该筛网。硬毛刷动或横穿过筛网,使微粒通过筛网。微粒被散布在空气中,从而它们落在该表面上。
附图简述
在这揭示的内容中,示出了若干装置。在所有附图中,用相同的标号表示这些装置共有的特征或部分。
图1是本发明的设备的一示意图。
图1A是带有嵌入的微粒的一薄条的一横剖视图。
图1B是带有嵌入的微粒的另一实施例的一横视图。
图2是能够与图1的设备一起使用的一进料散布器的一立体图。
图3是带有在上方的摇架的图2的散布器的一侧视图。
图4是带有在下方的摇架的图2的散布器的一侧视图。
图4A是一筛网的一实施例的一立体图。
图4B是一漏斗的一立体图。
图4C是一漏斗的一立体图。
图4D是一漏斗的一横剖视图。
图5是进料散布器的另一实施例的一立体图。
图6是图5的散布器的一俯视图。
图7是图5的散布器的一前视图。
图8是一固定心轴的一视图。
图9是一装有弹簧的安装心轴的一剖视图。
图10是本发明的又一实施例的一示意图。
图11是一曲线图。
图12是一薄条的局部俯视图。
图13是一薄条的局部俯视图。
图14是示出嵌在一热塑性胶粘剂上的涂银的玻璃球的显微图。该样品的面积是420微米×570微米。
图15是用于测量微粒的散布速率所建立的试验的一示意图。
虽然上述说明的附图提出了本发明的若干较佳实施例,但是也可以考虑其它实施例,如在讨论中所指出的那样。在所有的情况中,本揭示内容以代表性而不是限制性的方式呈现了本发明。应该理解本领域的那些熟练人员能够设计许多其它修改和实施例,所有这些修改和实施例都落在本发明的范围和原理之内。
具体实施方式
本发明是用于在材料的一薄条中嵌入微粒的一方法和设备。在全部本说明书中,将叙述薄膜、尤其是薄膜形式的树脂,不过也能将微粒嵌入其它薄条、例如纸辐和不用作为一粘接功能的诸薄条。微粒不一定是球形或有规律的形状,并能够完全地或部分地被嵌入。它们能够是能提高现有薄条性能、例如在控制粘着性或提供附加的效用方面的任何微粒。微粒可以是赤裸的玻璃珠;可膨胀的微球;核心/壳微粒;金属珠;由氧化物、氮化物、硫盐或硅酸盐,例如氧化银或氮化硼、二氧化钛、氧化铁、硅土、硫化镁、硫化钙或硅酸铍铝制成的珠;空心玻璃泡;聚合物球;陶瓷微球;磁性微粒;装入微胶囊的微粒、带有包括可释放的药物、气体和其它被封装的材料的任何有功效的充填材料。可以用金属,例如银、铜、镍、金、钯或铂,或用其它材料,例如磁性涂层、金属氧化物和金属氮化物,完全地或局部地涂覆微粒。可以使用局部金属涂层,例如,使微粒用作反向反射元件。微粒可以是微孔的或被设计成具有较大表面积,包括活性碳微粒。微粒能够在其内或其上包括染料和颜料,包括余辉荧光颜料(afterglow photo-luminescent pigment)。
示例的微粒包括在下列商标之下可购得的那些微粒:来自明尼苏达州、圣保罗市、3M公司的“反射印墨8010”;来自宾夕法尼亚州Valley Forge的Potters Industries的“Conduct-O-Fil”;来自加利福尼亚州Los Gatos的BioporeCorporation的“Magnapore”;来自马萨诸赛州Ward Hill的Alfa Aesar的325筛网眼的氮化硼;来自亚利桑那州Scottsdale的Global Trade Alliance Inc.的“PLO-PLB617磷光性的颜料”;来自明尼苏达州圣保罗市的3M公司和Zeelan Industries Inc.的“Zeospheres”或“Scotchlite”;来自宾夕法尼亚州费城的Rohm&Haas的“Paraloid EXL 2600”,和来自新泽西州的Wyckoff的Novamet Specialty ProductsCorporation的“NovamerNickle Powder”。
下列是其中本发明显示了功效的应用范围的一些例子。导电微粒能够制造一导电的胶粘薄膜,它能够用作为在组合的电子元件中的层,例如将柔性电路连接于印刷电路板等。由在一衬垫材料上的一胶粘薄膜制成的Z轴导电胶粘薄膜(ZAF)可用于在多层结构中进行电连接,其中要求相邻部分侧向电绝缘,同时在Z方向(垂直于薄膜的平面)电连接诸层。在一ZAF用于产生一电连接时,希望每个接触衬垫区域具有至少六个微粒的一微粒密度。一典型的最小衬垫尺寸是0.44平方毫米。如果选择微粒具有与薄膜的厚度可比较的一直径,因为要求较少的胶粘剂流动、以在微粒和两导电基片之间产生电接触,所以ZAF的粘合时间是较快的。为了利用本发明产生一ZAF,在制成薄膜之后将导电微粒嵌入薄膜之中。当微粒是随机地位于胶粘薄膜上时,能够在存在一电场的情况下散布微粒,以有助于散布微粒。电场产生微粒相互排斥,也能够用于产生将微粒吸至薄膜的吸引作用。然后通过将该导电薄膜夹在两导体之间并施加压力以及有时加热,来粘合诸部分。根据胶粘剂类型和微粒的尺寸范围,变化粘合时间、温度和压力。
这制造过程与用于已知导电胶粘薄膜的过程形成对照。在最熟知的薄膜中,一胶粘剂产品母体与一充分低浓度的导电微粒混和,以保证充分的微粒散布,以避免微粒在其中混和之后所形成的薄膜内、在X-Y平面产生导电路径。微粒越大,充分地散布它们、而不损害微粒和加工设备就越困难。其它方法包括将微粒放在一载体薄膜上,随后将这组合层叠到将被嵌入的薄膜,以及随后去除载体薄膜。这附加了一不希望有的、额外的加工步骤。美国专利号5,300,340叙述了一微粒印刷工艺,其中能够将微粒印在最终的薄膜上。但是,这是一接触工艺,造成一均匀的(而不是如在本发明中是随机的)、有序的图形。该工艺的速度是有限的,以及没有避免微粒在所印刷的区域内结成块的措施。它的一个缺点是在粘合部分中电路线的最小节距必需大于在一不结块情况下的节距。并且,两微粒结块的迹象意味着完全可能有一较大微粒集聚。
在另一例子中,微粒能够具有反向反射特性,以产生反向反射薄膜,它可用于公路信号和其它工业内。
嵌入微粒的薄条的一第三例子包括通过添加非粘性微粒控制剥离粘性。这些薄条用于生产带有受控粘性程度的粘性物质。
微粒还能够是带有被密封材料的空心球,在使用期间被密封的材料变成可得到的物质。带有微型被密封的香味的一薄膜能够用于香水样品。带有微型被密封的印墨的一薄膜能够用于无碳型纸。微粒能够包含磁性成份,它能够用于一射电频率识别系统的一部分,以一有效且成本经济的方式提供其所附着的物品的信息。
在另一例子中,薄条材料可以是在用微粒嵌入期间或之后进行热固化的硅酮橡胶。这所产生的材料能够用作为一导电的或导热的衬垫。
所想要的、由微粒覆盖的表面积将根据应用情况而改变,以及能够有从小于1%直至覆盖整个表面的一单层微粒的范围。由一单层微粒所提供的百分覆盖率将取决于微粒的充填密度,该密度又关系到它们的形状。对于球形微粒,微粒的一单层对应于大约78%的一个百分表面覆盖率。落在这范围内的应用包括反向反射片、不增粘的(detackified)胶粘薄膜、以及Z轴线导电胶粘剂。
适合的薄条材料包括能被制成易于接受微粒的、同时易于将微粒散布在薄条上的那些材料。易于接受的意味着微粒将大致保持在它们被散布之后它们立即所处的位置,直至它们能够永久地被嵌入薄条。薄条可以是一单层或多层结构。薄条可以是在一载体层的顶面上的一层薄膜或其它材料。当使用一载体层时,它可以是能够可分离地被涂覆的一衬料。或者,能够使用一连续的带子作为载体层。在其上散布微粒的薄条不需要是连续的,以及可以是非织造布。
在室温下是压敏粘性物质的薄条材料能够具有诸如通过将薄条运行经过一轧辊、并预热或不预热该薄膜来永久地嵌入该粘性物质内的微粒。可以使用轧辊将微粒嵌入任何被软化的薄条材料。通过增加轧辊施加在薄条材料上的压力,能够增加嵌入的深度。通过预热进一步软化薄条材料允许由轧辊进一步嵌入微粒。为了克服预热的薄条材料对轧辊的可能的粘合,在薄条材料和压辊之间可以插置一衬垫材料。这衬垫材料允许增加薄条材料被预热的程度以及轧辊的压力的增大,同时防止所不希望的薄条材料对轧辊的粘附。利用衬垫材料与轧辊的组合允许以变化的程度将微粒嵌入,所述程度可高达接近100%的被嵌入(即全部微粒基本完全被推入薄条材料)。
也可以将微粒散布在涂覆有用一压敏胶粘剂的可起反应的产品母体的一衬垫材料制成的一薄条上,然后在添加微粒之后固化该产品母体。热塑性薄条材料可以要求加热,以使它们成为易接受的状态。如果使用加热,希望将薄条的温度保持在热塑性材料将流出衬垫材料的温度之下。可用的热塑性薄膜包括设计用作为热塑性粘性物质、也称为热熔粘性物质的那些材料。任何能够从溶剂浇注的薄膜材料都能够被浇注在一载体上,例如一衬垫材料,以及在失去足够溶剂、使该薄膜成为不易接收的之前嵌入微粒。或者,可以用溶剂擦刷某些薄膜,以使它们在散布微粒之前成为易于接收的。
合适的压敏胶粘剂能够包括丙烯酸、乙烯醚、天然或合成橡胶基材料、聚(α-烯烃)和硅酮。如1985年8月由压敏带协会(Pressure Sensitive TapeCouncil)提供的“在压敏带工业中使用的术语词汇”中所定义的压敏胶粘剂是已知的。示例性的压敏胶粘剂包括可从3M公司购得的、商标名为“ScotchMagicTM Tape 810”的丙烯酸压敏粘接带,以及可从3M公司购得的、商标名为“Colored Paper Tape 256”的橡胶基压敏粘接带。
热敏材料可是非晶状的或半晶状的。合适的热敏材料包括丙烯酸、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酯、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚氨酯、聚酰胺、例如苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯和聚醚嵌段酰胺之类的成块共聚物、聚烯烃和它们的衍生物。“衍生物”是指带有附加的替代物的一基本分子,该替代物并不对交联或聚合反应起作用。还可以使用诸热塑料的混和物。在热塑性树脂中还可以包含增粘剂。薄膜形式的示例性的热塑性材料包括:可从3M公司购得的、商标名为“3M Thermo-Bond Film 560”、“3M Thermo-Bond Film 615”、“3M Thermo-Bond Film 770”以及“3M Thermo-Bond Film 870”的那些薄膜材料;从Adhensive Films Inc.(新泽西州Pine Brook)购得的、薄膜系列的商标名为“PAF”,“EAF”和“UAF”的那些薄膜材料;以及可从Elf Atochem(宾夕法尼亚州费城)购得的、商标名为“PEBAX 3533”的那些薄膜材料。合适的增粘树脂包括可从下列商标名购得的树脂:来自伊利诺斯州芝加哥的Arakawa Chemical的“TAMINOL135”;来自佛罗里达州Panama市的ArizonaChemical的“NIREL 2040”;或来自特拉华州Wilmington的Hercules Inc.的“PICOFYNT”。
也可以使用热固性薄条。取决于热固性材料,也可以将微粒嵌入带有一提前的固化状态的一材料内。但是,尤其是如果微粒不能嵌入局部或完全固化的材料内,则任何使薄条变成易接收的加热都必须在一足够低的薄条温度下进行,以致在固化进展太久之前能够将微粒嵌入。合适的热固性材料是能从其制造薄条、并同时保持潜伏状态的那些热固性材料。潜伏状态意味着能够基本防止固化直至能够完成所希望的加工。实现这潜伏状态可能会要求暗的和/或冷的加工条件。合适的热固性材料包括环氧化物、尿烷、氰酸酯、双马来酰亚胺、包括腈酚醛塑料的酚醛塑料、以及它们的混合物。示例性的、可购得的薄膜形式的热固性材料包括来自3M公司、包括具有下列“AF”牌号的商标为“3M Scotch-Weld Structual Adhesive Film”的材料:“AF42”、“AF111”、“AF126-2”、“AF163-2”、“AF3109-2”、“AF191”、“AF2635”、“AF3002”、“AF3024”、“AF3030FST”、“AF10”、“AF30”、“AF31”和“AF32”。
也能够将混合物用作为薄条。一混合物是至少两个成份的一组合物,这些成份在熔化相(其中诸成份的组合是一液体)中是相容的,诸成份形成一相互渗透的聚合物筛网络或半相互渗透的聚合物筛网络,以及通过加热或例如光照的其它方法固化之后,至少一成份变成难熔的(该成份不能溶解或熔化)。第一成份能够是一可交联的材料和第二材料能够是(a)一热塑性材料,或(b)能够成形一热塑性材料的单体、低聚物或聚合物(以及任何所要求的固化剂)或(c)一热固性材料,即能够形成一热固性材料的单体、低聚物、或预聚合物(以及任何所要求的固化剂)。选择第二成份,使它不与第一成份起反应。但是,可以希望添加一第三成份,这成份可以与交联材料和第二成份的任一个或两者起反应,例如用于增加粘合的混合物材料的粘结强度。
合适的第一成份包括热固性材料,例如以上所述的那些,以及可交联的弹性体,例如丙烯酸和尿烷。合适的热塑性第二成份包括以上所叙述的那些。在现场能形成的、亦即用能够形成一热塑性材料而不经历任何显著的交联反应的单体、低聚物或聚合物(和任何所要求的固化剂)可形成的适合的热塑性塑料将是非常明显的。例如,在PCT/EP 98/06323、美国专利号5,709,948和美国系列号09/070,971中已叙述了结合一第二成份(a)的诸示例性的混合物材料。例如,在美国专利号5,086,088中已叙述了结合一第二成份(b)的诸示例性的混合物材料。美国专利号5,086,088的例子1示出了在现场形成的一热塑性材料的例子。合适的热固性第二成份包括以上所叙述的那些。例如在美国专利号5,494,981中已叙述了结合一第二成份(c)的诸示例性的混合物材料。
可选择地,薄条材料还可以包括添加剂,例如薄膜形成材料,用于改进最终的嵌入微粒的薄条的薄膜处理性能。添加剂的另一个例子包括触变剂、例如锻制氧化硅;芯一壳增韧剂;颜料、例如氧化铁、砖灰、碳黑和氧化钛;充填剂、例如氧化硅、硫化镁、硫化钙和硅酸铍铝;粘土、例如斑脱土(betonite);玻璃珠;玻璃或酚醛树脂制的泡;可膨胀的微球,例如可从佐治亚州Duluth的ExpancelInc./Akzo Nobel购得的、商标名为“Expancel DU”的微球;抗氧化剂;紫外线稳定剂;抗腐蚀剂、例如可从德国Worms的W.R.Grace GmbH购得的、商标名“Shieldex AC5”的那些材料;增强材料,例如有机和无机纤维、例如聚酯(可从纽约州Slate Hill的Technical Fibre Products和田纳西州Old Hickory的ReemayInc.购得)、聚酰亚胺、玻璃、例如聚(p-呀苯基对苯酰胺)(可从特拉华州Wilmington的E.I,duPont de NemousandCo.Inc.、商标名为“Kevlar”购得)的聚酰胺、碳和陶瓷的单向的、织造的和非织造的薄条。其它合适的添加剂包括提供导热或导电性的物体,例如导电或导热微粒、导电或导热织造的或非织造的薄条,或者导电或导热纤维。还可以希望提供起到能量吸收剂作用的添加剂,用于诸如微波固化的这些固化方法。
本发明使用关于散布和嵌入微粒的一技术,以提供一随机的、非聚集的分布。以一预选的密度和相对均匀的微粒分布(每单位面积的微粒数量)施加微粒。并不要求任何复杂的筛网或面罩(虽然对于某些应用情况如果需要可以使用它们)来实现该工艺。可使用静电荷,以有助于当微粒随机位于胶粘薄膜时它们的排斥和相互隔绝。并且,能够磨光薄条,以进一步有助于微粒分布。
在系统10中,如图1所示,诸如一涂覆有胶粘剂的热塑性薄膜的一薄条12从一供应辊14退绕并沿着一相对水平的路径运行,不过也能够使用不水平的方位。或者,能够直接从一加工线或以任何其它已知的形式供应薄条。能够使用任何类型的薄条退绕装置。薄条12能够选择地通过一对轧辊(未示出),或者经过或越过一个或多个被动或导向辊16。接着,薄条12越过一被加热的表面18,以软化薄条。一温度检测装置,例如一热电偶、非接触红外传感器、或其它类似装置监测温度。能够利用加热表面18的温度作为薄条温度的一指示,但更佳的是测量薄条12自身的温度。能够由一控制器20控制加热表面18。薄条12可以接触加热表面18,从而靠接触被加热,或它能在加热表面的上方通过,从而靠对流被加热。如果薄条12在加热表面18上方通过,由滑动接触产生的静电荷为最少,但要求较多的能量加热薄条。如图所示,加热表面是一电加热板。
然后,薄条12从一可选用的静电棒22旁通过,以减少在薄条上集聚的静电荷。或者,能够使用离子化空气和其它已知静电消除装置。从薄条退绕或原始涂覆过程,静电可能已经存在于薄条上。
接着,薄条12经过将微粒26散布在薄条的表面上的微粒散布器24。如图所示,一可选用的电压源28连接于微粒散布器24,以在微粒26被散布在薄条上之前对它们充电荷。电压源28有充分高以可对微粒26充电荷的一电压。
在微粒26被置于薄条12的表面上之后,薄条在一第二加热表面30上方通过,该表面由一控制器32控制。或者,单个控制器能够操纵两个加热表面18、30。在另一实施例中,可以使用一单个加热表面。如图所示,各加热表面18、30是一电加热表面。或者,能够使用其它加热装置。例如,薄条能够在通常称为一“热罐”的一圆柱形滚筒上方通过,薄条能够通过一炉,或者薄条能够在一红外或感应加热器上方通过。加热器能够靠近薄条的顶表面以及靠近底表面。
如图1所示,利用加热表面18软化薄条12,或者如果薄条被涂覆则软化薄条上的涂层,使表面发粘。这使薄条12易接收微粒26,使微粒不在薄条上移动,但并不牢固地固定于薄条。使用较加热表面18长的加热表面30,以进一步加热薄条12,以驱使微粒进入涂层。如果使用多个加热表面,可改变加热表面18、30的相对长度,以完成它们各自的加热任务。或者,当散布微粒26时加热表面30能够加热薄条12。在加热表面30处或它之后,可使用另一可选用的静电棒34、或其它静电消除装置。像静电棒22那样,静电棒34可位于薄条12之上或之下。
离开加热表面30,在所示的实施例中薄条12通过一对轧辊36,可有选择地驱动该对轧辊。辊隙内的压力进一步驱动微粒进入薄条12。可使用一个或两个轧辊,以将微粒26嵌入薄条12内。例如,可在一平板上使用单个轧辊。可使用任何类型的辊,包括硅酮橡胶、橡胶涂覆的、金属和它们的组合的辊,只要它们不压坏在薄条12中的微粒即可。还可对轧辊36加热,以进一步驱使微粒26进入薄条12。同样,通过加热轧辊36,能够缩短加热表面30和甚至消除它。使用这结构通常允许微粒嵌入它们直径的约60%进入一顶表面(或微粒表面)12A,如图1A所示。在图1A中示出了与薄条12和微粒26在一起的一载体衬垫材料37A(以上所讨论的)。通过增加或减小在驱动轧辊36朝向彼此的气缸(未示出)内的压力,能够将微粒嵌入薄条12内至一可变的程度。
通过进一步预热薄条12,进一步软化薄条12,能够增加这嵌入百分率到达约100%,如图1B所示。由于随着材料柔软度的增加,薄条的粘性通常增加,在某一温度之上薄条就可能会粘附于轧辊36,这可能造成对薄条12的损坏。为了克服这限制,能够可选用地将一辊隙衬垫材料37B放置在被加热的薄条12上、在轧辊36和薄条12的微粒表面12A之间。辊隙衬垫材料37B允许薄条12的温度上升至形成薄条的聚合物较适合于流动的一温度。辊隙衬垫材料37B防止形成薄条12的材料粘附于轧辊36,同时仍允许微粒被完全嵌入。在轧辊36之后,薄条12绕过一主动辊38(如果轧辊36不被驱动)并到达在一卷绕工位的卷绕辊40,诸如带有一空气离合连接的卷绕机。或者,薄条12能够可选择地越过一不锈钢定速辊。
在将薄条12移动到轧辊36下之前可以将辊隙衬垫材料37B引到薄条12上,如图1的虚线所示。辊隙衬垫材料37B可从一衬垫材料供应辊37C退绕到薄条12上。在较佳实施例中,辊隙衬垫材料37B由未示出的、对薄条材料很亲合的一材料组成。令人警奇地,在下衬垫材料37A和辊隙衬垫材料37B从带有嵌入的微粒26的薄条去除之后,薄条12通常在它的顶表面(或微粒表面)12A和底表面12B上是光滑的。此外,通过在散布微粒26时使用一有电荷的电场(以下进一步讨论),至多一个微粒跨越薄条12的厚度。
辊隙衬垫材料37B的使用还允许,在使用室温下是高度可流动的薄条材料时,可用轧辊36嵌入微粒26。这类材料的一个例子是液体形态的一单体,例如苯乙烯。此外,当使用一液体层形式的未固化树脂作为薄条材料时,嵌入的程度可以很高,而无需预热薄条。在用辊隙衬垫材料37B保护该树脂之后,未固化的树脂和微粒26运行通过轧辊36,将微粒26嵌入树脂内,随后使用各种方法固化树脂,例如通过使用辐射固化(例如紫外线和e-射线束)或热固化。
用于高度嵌入微粒的薄条材料包括,但不局限于,诸如Dow Corning RTV732 Multipurpose硅酮像胶粘接密封剂、Dow Corning RTV 734可流动的硅酮像胶粘接密封剂、3M Imprint II Quick step 9572,9573(乙烯基聚硅氧烷)牙齿模型型腔材料、GE Silicone All Purpose Silicone Sealer的硅酮材料;例如聚氨酯的热塑性弹性体(来自Novean的Deerfield urethane和EstaneTM)。
在散布期间微粒的集聚是得到一均匀分布的微粒的一个障碍。因微粒聚集产生了导致电短路的路径、不均匀反向反射、不均匀粘性和不均匀外观,所以它是不希望有的。在用于在薄条上散布微粒的已知方法中,微粒集聚是一共同问题。本发明克服了这问题。电压源28能够对散布器24施加一电压,并且能够将一相反电荷或接地施加于加热表面18(示出了接地)、静电棒34(示出了接地)和加热表面30的任何组合。充有电荷的微粒26在散布器24和薄条的加热表面之间产生了一电场。通过对微粒26充电荷,因为相同电荷是相互排斥的,所以增加了分开诸微粒的可能性。同样,电场用充分的动量驱动微粒到薄条12上,以使它们进入表面内。第三,电荷的几何形状能够限制粉末落出薄条之外,使浪费最少。第四,带电荷的微粒不“层叠”在相互之上,其效果是至多一个微粒跨越形成薄条的聚合物层的厚度。
促进散布的另一方法是在微粒散布在薄条上之后磨光薄条12的表面。例如,可使用装有一软涂漆垫(可从加拿大Weston的EZ Paintr购得的、商标名为EZ Paintr的产品)的一随机轨道的打磨器42(可从田纳西州JacksonPorter Cable Company购得的Finishing Sander Model 505),将粉末均匀时扩展在胶粘剂上。在图1也示出了这缓冲器52。发明人发现,随着所需的微粒的覆盖面积的增加,磨光变成了在薄膜中散布微粒的更需要的方法。
可在含有要散布的粉末的散布器24附近放置一带电荷的板44。板44可以直接连接于高压电源28,或连接于一单独的电源(未示出)。在微粒散布器24处,可在薄条之下利用电接地的一板46。可对板46电加热。
微粒散布器24能够包括滚花辊、重力给料槽和振动进料器。系统10能够用任何已知的各种散布器工作。在图2、3和4详细示出的微粒散布器24是一新颖的摇架型散布器。它有两个主要部分,称为一漏斗50的一槽和称为摇架52的一可枢转的散布器头部。要散布的微粒26首先保持在漏斗50内,该漏斗能够由一盖子54覆盖。漏斗50能够具有一倾斜的底部,以促使微粒26流到漏斗的前部。在漏斗50的底部处、前表面上的一孔55被一筛网56覆盖。诸筛孔应该充分大到让最大的微粒通过,同时散布微粒,但充分小到在散布器24不工作时可阻挡微粒。在一实施例中,微粒26具有43微米的一平均尺寸,筛网56具有80微米的筛孔,但孔能够是65至105微米(1.5至2.5倍平均微粒直径)或75至86微米(1.75至2倍平均微粒直径)。筛网56应该具有一致的孔尺寸和间距,以保证横越薄条12均匀地散布微粒26。筛网能够是通常用于丝网印刷工业中的类型的一聚酯或金属筛网。在这实施例中,筛网是一单丝聚酯,由纽约州Somers的Saati America′s Majestic Division制造的PW-180×55筛网。
摇架52包括一散布毛刷58、可调节的摇架支持件60、枢转点62、一装有齿轮的驱动电动机(或驱动机构)64、平衡重锤66、端板68、一支承杆70、一清洁金属丝72和传动轴承74。散布毛刷58可以是带有允许它被安装在传动轴承74内和连接到驱动电动机64的端部的圆柱形。毛刷58的表面涂覆有很细的、有规律分开的、直径充分小的硬毛,以致延伸穿过筛网56中的诸孔。硬毛由聚酰胺树脂制成或涂覆有石墨以改进导电性。在这实施例中毛刷58上的硬毛是尼龙、直径26微米并具有0.368厘米(0.145英寸)的一平均长度。它们设置成30.5簇/厘米(12簇/英寸)的许多排,大约每簇70根硬毛和56排/厘米(22排/英寸)、被制造在0.038厘米(0.015英寸)聚酯纤维背衬上,由纽约州纽约市的Collins&AikmenCompany提供的。如果硬毛不均匀分开、硬毛脱落或被去除、或者硬毛以不规则图形排列,这些图形在微粒被散布时将转移到薄条,这些图形在某些应用能够是需要的。在一实施例中,毛刷58具有一平表面,并适于在它转动的整个期间它均匀地接触横越散布器24的整个长度的筛网。如果毛刷58不均匀接触筛网,那么横越薄条的微粒的散布速率将变化。或者,毛刷能够具有其它结构。并且,能够使用该毛刷可替代的构件,如以下进一步所述。
用密封的传动轴承74(可使用衬套)安装毛刷58,以保证可靠旋转。装有齿轮的直流驱动电动机64(或提供一驱动力以旋转毛刷的任何等同装置或驱动机构)旋转毛刷58,并通过改变施加于电动机的电压控制毛刷的旋转速度。这确定了微粒的散布速率。可使用关于改变毛刷转动的任何其它方法和装置。传动轴承74、驱动电动机64、平衡重锤66和枢转点62安装于诸端板68和由其保持在一起。枢转点62是密封轴承,以保证摇架52的低摩擦摆动。
如图3和4所示,整个摇架组件能够在诸枢转点62上自由枢转,从上方位置(图3)下降,直至毛刷58接触筛网56(图4)。由可调节的摇架支持件60将摇架支持在诸枢转点62。在一实施例中,由一支承杆70将诸端板68在结构上连接在一起,使摇架52的诸端部一起运动,以保持毛刷58和筛网56的对齐。在这实施例中,利用诸可调的摇架支持件60使毛刷58必须与筛网56准确对齐。在另一实施例中,不将诸端板安装至可调的摇架支持件,而是安装至支承杆,该杆也能够围绕它的中心枢转,以允许毛刷自由运动和与筛网自动对齐。能够手动地或利用任何已知系统枢转摇架组件。
调节摇架支持件60,使从筛网56至毛刷58的纵向中心轴线的距离D1等于毛刷的半径。这保证了当摇架52自由悬挂(没有平衡重锤66)时毛刷表面接触筛网,并且不显著影响对筛网施加的力。在摇架52的前部、偏离轴线安装的平衡重锤66确定了毛刷58对筛网56的推力。这力保持在毛刷和筛网之间、在旋转期间的密切接触,并影响散布速率。平衡重锤66可在诸螺杆上在诸枢转点之间靠拢和离开枢转轴线的两方向移动,以调节毛刷压力。或者,可使用其它已知的偏压装置。在一实施例中,散布器使用0.661公斤/延米(0.037磅/线性英寸)的一线压力和具有0.536至0.929公斤/延米(0.030至0.052磅/线性英寸)的一范围,不过也能使用其它压力。
在枢转轴线和毛刷的纵向中心轴线之间的距离D2应等于从枢转轴线到筛网的中央高度之间的垂直距离,以保证毛刷58接触筛网和不是接触筛网之上和之下的金属漏斗表面。一清洁器能够从毛刷去除多余的微粒。如图所示,该清洁器是一清洁金属丝72,该金属丝被张紧在两端板68之间、在毛刷58的前侧上,使该金属丝恰好接触硬毛的顶端。当毛刷58旋转和对清洁金属丝72摩擦时,去除了在毛刷上的任何多余的微粒26,以防止微粒集聚在毛刷上和微粒可能在薄条上的集聚。
在漏斗孔55上的筛网56的平整度在实现越过薄条12的微粒的均匀分布方面起到一重要作用。如果筛网56具有不均匀张紧的诸区域而在筛网56上引起诸峰和诸谷,系统D将具有在筛网56的诸峰处的较大散布速率(即大量微粒26被散布)的诸区域,这是因为诸峰首先接触毛刷58并带有最大压力。以均匀张力和充分平整度安装筛网可能是一麻烦的和较长时间的任务,尤其是使用例如手工将筛网56张紧在漏斗、孔55上并将它固定于适当位置的方法。手工固定筛网56已显示其可起到作用,但不一致且耗时的。在本发明系统10的一实施例中,在筛网56的使用寿命期间,它在它的宽度上被均匀张紧,如图4A、4B、4C和4D所示。
图4A示出了筛网56的一个实施例。筛网56包括一柔性的筛网部分56A、一第一支承杆56B和一第二支承杆56C。第一和第二支承杆56B和56C通常由铝〔或其它刚性金属〕制成,以及利用例如两部分的环氧树脂的一胶粘剂自由地固定于筛网部分56A。在组装和胶粘剂的固化期间,张紧筛网部分56A和保持它平整(即没有皱折),以及将支承杆56B和56C放置成一基本平行状态。穿过第一支承杆56B设置诸固定孔56D,穿过第二支承杆56C设置诸固定孔56E。
在图4B和4C中示出了漏斗50的一实施例,该漏斗具有包括诸前固定件82的一前(或第一)安装位置80A,以及包括一可动支承件84、一固定支承件86、诸调节螺钉88、弹簧90和诸后固定件92的一后安装位置80B。诸后固定件92被连接于可动支承件84。前固定件82和后固定件82可以是钩、螺钉或任何其它紧固件。可动支承件84能够相对于漏斗50移动。固定支承件86被固定于漏斗50。
调节螺钉88突出通过固定支承件86的间隙孔(clearance hole)并拧入可动支承件84的螺孔。诸弹簧90设置在诸调节螺钉88的诸端部和固定支承件86之间。随着诸调节螺钉88被拧紧进入可动支承件84,诸弹簧90被压缩,它将可动支承件84朝固定支承件86拉动。
图4D是安装于漏斗50的筛网56的一实施例的一横剖视图。第一支承杆56B的诸固定件孔56D设置在前安装位置80A(即在孔55的一侧上)的前固定件82上。筛网56的筛网部分56A被张紧在漏斗50中的孔55上。第二支承杆56C的固定件孔56E设置在可动支承件84的诸后固定件92上(即在漏斗孔的相对侧上)。为了相对后固定件92释放筛网56,使诸调节螺钉88克服弹簧的偏压以箭头94的方向移动,可动支承件82以相同方向移动,以及从柔性筛网部分56A放松张力,允许第二支承杆56C或第一支承杆56B从后固定件92(或前固定件82)拆卸。类似地,为了将筛网56固定于漏斗,克服弹簧90的偏压并且可动支承件84以箭头94的方向移动。第一和第二支承杆56B和56C分别放置在前和后固定件82和92上。释放调节螺钉88和可动支承件84,以及弹簧90的偏压使可动支承件84以箭头96的方向移动,在孔55上张紧柔性筛网部分56A。由于通过在横越柔性筛网部分56A的宽度附着的刚性支承杆56B和56C上拉动而张紧筛网56,所以在筛网的宽度上张力是均匀的,产生了一个很平整的表面,用于与散布毛刷58的接触,因此在薄条的宽度上提供了一均匀的散布速率。弹簧90在安装的筛网56的使用寿命期间保持它的张力,改进了生产一致性并缩短制造停顿时间。此外,后安装位置以迅速释放的型式起作用,允许操作人员按需(例如为了清洁)迅速安装和拆卸筛网56,并且在重新安装它时要求重新对齐筛网58的工作降为最少。应该注意到能够使用带有迅速释放原理的多种漏斗结构、包括定位第一和第二安装位置80A和80B,而不脱离本发明的原理和范围。
如以上所述,在毛刷和筛网之间的压力大小影响了微粒散布速率。当平行时,毛刷和筛网相互作用表面提供沿着它的长度的、在该相互作用表面处的均匀压力,以及因此横越薄条宽度的均匀散布。不适当的对齐通常引起在散布速率方面的一梯度,这产生了在毛刷首先接触的区域上的一较重的覆盖和在其它区域的一较轻的覆盖。由于约为几克的很小力的差别能够引起散布速率的变化,对齐可能花费相当长的时间。
在一实施例中,如图5所示,不再使用可调摇架支承件(见图1,标号60)安装毛刷58,而是代之以具有一第二支承杆100,该杆跨越在摇架52的两端板68上的原来的诸枢转点62之间。这第二支承件支承整个摇架52和通过一可调支持件102安装于漏斗本体50,该可调支持件提供沿着该杆100的长度中央定位的一第二枢转支承件104。通过放置一调节螺钉108和相对于可调支持件102移动一顶部支架110可以调节从筛网至毛刷58的纵向中心线106之间的距离。摇架又能在一第二轴线枢轴112上自由移动。这第二枢轴支持件允许毛刷枢转,如图6、箭头114所示,以便与筛网“自对齐”。这自对齐提供了在薄条的整个宽度上的均匀的和可重复的散布速率,而没有烦人的安装和对齐过程。
清洁金属丝72对毛刷不对齐的影响虽然没有如毛刷58对筛网56不对齐那样显著,但也能够引起微粒26在薄条上的集聚。对于在清洁金属丝和毛刷之间的相互作用面,能够使用如关于毛刷对筛网对齐所叙述的自对齐方法,以防止这些问题和消除烦人的金属丝对齐过程。在一可替代的实施例中,通过附加将毛刷58固定于摇架52的一迅速释放机构来弥补关于金属丝对齐问题的问题。该快速改变系统包括附加一装有弹簧的安装心轴120,如图7、8、9所示,当以箭头122的方向对着心轴120、沿着其纵向轴线106对毛刷58加压时,该心轴能够被压缩。随装有弹簧的心轴120被压缩,在毛刷58中的一第一插孔123在离开装有弹簧的心轴120的毛刷58的相对端处滑离一固定的心轴124(如图8所示),这允许毛刷58被向下摆动,且从毛刷58中的一第二插孔126去除装有弹簧的心轴120。因此,可以从摇架52取下毛刷58。这结构无需在每次必须调换毛刷58时对齐金属丝12,这是因为不必要拆卸摇架52或拆卸清洁金属丝72。在安装心轴120中的一根弹簧128允许安装心轴120被压缩,但也在操作期间保持在箭头122方向的一偏压,这有助于通过在清洁金属丝72安装于其的两端板68之间施加压力保持清洁金属丝72上的张力。虽然所示的实施例显示各心轴120和124连接于摇架52并滑出毛刷中的插孔,应该注意到能够可替换地将一根或两根心轴安装至毛刷和滑出摇架。
如图4清楚地所示,散布器24悬在薄条12之上足够靠近的一距离处,以减少空气流在散布图形上的影响。从清洁金属丝72至薄条12的这距离可以是3厘米。漏斗50装有要被散布的微粒26,盖子54防止污染物。对漏斗施加电压,以对微粒26充电荷。驱动电动机64旋转毛刷58,使硬毛向下移动横过筛网56的表面。随着硬毛在筛网的表面上移动,它们突出穿过诸筛孔,并拉动微粒通过到达外部,将它们散布在薄条12上。由清洁金属丝72清除出保留在毛刷表面上的任何微粒26。被清洁金属丝清除出毛刷的微粒落在薄条上,形成一第二散布区域。因为两个散布区域是独立的,它们趋于进一步均匀微粒分布。
筛孔尺寸、毛刷旋转速度、毛刷对筛网的压力、筛网张力和距离D1的适当调节影响了对于某一微粒尺寸的散布速率。随着筛孔尺寸增大、毛刷旋转速度增加、筛网张力减小以及毛刷对筛网的压力增大,散布速率增加。当距离D1加大时,散布速率减小。取决于所使用的微粒(或粉末)的一次投料量,微粒的散布速率能够随时间变化,基本上影响一涂覆的薄条的关于位置的微粒密度。这变化是不希望有的。散布速率的变化能够影响微粒的流动特性。不大自由流动的“粘性的”微粒产生较低的散布速率。在某些情况下,在粉末上残留的微屑能够引起筛网的堵塞和较低的散布速率。
除了如以上所述使用施加的电压之外,可通过调节带有一反馈回路的电动机(以及从而毛刷)的旋转速度来控制散布速率,该反馈回路使用一监测装置,例如:(a)重量损失监视器,(b)由于由散布的微粒所携带的电荷而可进行的电流测量,或(c)测量由于落下微粒所产生的光的消失的光检测器。一计算装置(或反馈装置)接受来自监测装置的信号,因此允许改变毛刷的旋转速度。
当监测装置如图10示意所示时,反馈回路149的一实施例利用越过被散布的微粒的羽柱的一激光束的光消失。激光的校准直线束(~4英寸宽和约2毫米厚)经过从一光源152至一检测器154(例如一个二极管激光器和一一光检测器)的一路径150。辐射(即光)通过一第一Fresenel透镜156,以及通过后和前微粒羽柱159(由于筛网/毛刷和毛刷/金属丝相互作用的两羽柱)。由一第二Fresenel透镜158收集向前散射的光,并用检测器(即一光检测器)测量。在电子技术(Horowitz和Hill,纽约:剑桥大学出版社,第二版,1989)中叙述了例如一电子反馈电路的一计算装置160,或者可使用一PLC(可编程逻辑控制器)或计算机从测量的光强计算微粒散布速率。然后能够利用计算装置通过输出正比于在一基准强度和测量的瞬时光强之间的差值的一电压,来控制电动机的旋转速度。通过引入响应于光强变化的一稍许迟后,能够稳定散布速率。作为散布速率的一函数的朝前散射的光强示出了在散布速率方面、有利害关系的有限范围内的一几乎线性关系,甚至严格地说,它与散布速率成指数关系变化。
在另一实施例中,利用在本领域是已知的重量损失监测器作为监测装置。在一个以上的力传感器(例如可从纽约州Depew的PCB Piezotronics购得的型号208 C01)上安装微粒散布器。例如,能够将一个力传感器(或刻度)安装在漏斗的中心处和在每端安装一个力传感器。对于装有微粒的漏斗,传感器将输出正比于散布器的总重量的一信号(例如电压)。随着微粒被散布,由一计算装置(例如反馈电路)接收该传感器的输出,这确定了瞬时散布速率。利用该力传感器的输出作为对反馈回路的输入。如果该速率低于对于特定薄条应用所需的速率,反馈电路(或PLC或计算机)能够改变供应至直流电动机的电压,从而增加旋转毛刷的RPM(每分钟回转数)。
一可替代的实施例使用测量由电源(以上讨论的)充电荷的微粒所携带的电流量的一监测装置。由散布的微粒所携带的电流可监测为跨越与电气接地的电压供电源串联的一电阻的一电压。能够利用电反馈电路(或以上所讨论的PCL或计算机)从测量的电流计算散布速率。然后反馈电路能够与控制电动机的直流电源连接。通过改变在电路中的增益和迟后,得到了一优化的工作条件,这条件将微粒散布速率保持为一恒定的、预先确定的数值。
图11示出了反馈回路149的效果,在该系统中使用了由于它的“粘性的”流动特性在散布方面具有很差的流动特征的诸微粒。示出了散布速率对时间的关系,两者没有利用反馈166的系统10所跟随的反馈164。这清楚示出所揭示的多种反馈方法起作用,将散布速率保持在控制之下、设定值处。
如所讨论的,例如反馈电路的计算装置在本领域是众所周知的。这些装置也能起到控制电动机(以及从而毛刷)的转速的作用。另一可替代的计算装置包括一可编程的逻辑控制器〔PLC〕或其它软件驱动的系统。这些和许多其它可替代的装置能够是有效的反馈回路计算和控制设备。
毛刷与筛网对齐、毛刷清洁度、毛刷表面整齐、电压和以下诸方法的反馈,影响横越薄条的涂覆重量和在薄条上的微粒散布的均匀性。毛刷和筛网不对齐将引起毛刷首先接触筛网的地方的较重散布。毛刷表面的污染区域和毛刷上具有较少硬毛密度的区域将减小在那些区域的散布速率。没有电压源,微粒散布减少和集聚增加。反馈防止由于粉末性能的变化所引起的流动损失。
本发明的另一实施例考虑到在薄条的所选区域上微粒支付中的一变化。例如,可以希望以这样一方式覆盖薄条12,即如图12所示,当薄条12以箭头172方向移动时,以沿着薄条的长度的诸条的形式覆盖微粒。
或者,可以希望在薄条12上改变微粒26的散布,以致覆盖薄条12的一预定长度,如图13所示。当薄条12以箭头的方向移动时,在薄条12上覆盖横越薄条的诸条174,以致横越薄条的一区域保持不被覆盖。
通过使用在特定的散布器中的筛网上的一面罩(未示出)能够实现在薄条的所选区域中嵌入微粒,该面罩对应于所需的薄条图形。能够按需改变图形的几何参数。通过光刻法、或通过将例如一薄金属或刚性塑料片的合适材料的一备制的面罩放置在筛网的附近能够制备筛网面罩,从而防止微粒通过筛网到薄条上。或者,能够将相应的图形刻入回转的毛刷,以致在不嵌入微粒的区域,在该区域硬毛不接触筛网。在本发明的另一实施例中,能够将带有适当尺寸的圆形的金属或塑料套筒放在毛刷上,以绘出图形轮廓。所包含的尺寸是不受限制的,并可由本领域的一熟练人员确定。
在又一实施例中,通过在微粒容器内、很靠近筛网的位置使用一机械闸门,微粒能够嵌入薄条的某些区域,而薄条的某些区域则不被覆盖。通过在所选的时间间隔打开和关闭该闸门,能够在薄条上形成横向于薄条的移动方向的图形。
在一可替代的实施例中,能够由例如用在印刷工业中的一滚花辊代替毛刷。在又一实施例中,将筛网水平地放置地一漏斗50的底部处且将一毛刷放置成与筛网接触。当毛刷旋转并与筛网接触时,通过拖动微粒通过筛网来散布漏斗50内的粉末(微粒)。因为这能导致粉末在硬毛的基底处集聚和嵌塞,这最终以块状落在薄条上,所以可以将另一筛网水平放置在该装置的底部,以也与毛刷接触。第二筛网在毛刷之下,并且,如果微粒结块,当迫使微粒通过底筛网时通过使块状破裂,从而能够帮助减少集聚。
在另一实施例中,能够使用一振动的散布器散布粉末。通过在振动的散布器中修改路径、以使它阻止粉末的流动,能够减小散布速率。在一型式中,通过在粉末流动的路径中附连一“钩”材料(例如能够在已知的钩和环紧固件中发现的)来修改在该散布器中的粉末的路径。由于通过诸钩对粉末流动所提供的限制,从而这减小了散布速率。可使用各种等级的钩材料减缓散布速率。在钩材料的区域能够使用多种微结构表面,以改变微粒的流动。对于某种流动介质建立了在振动散布器的运行的交流电压和粉末散布速率之间的一线性关系。
本发明的一个优点是通过消除微粒集聚的问题简化了制造加工过程。当嵌入导电微粒时这特别有利。图14是示出银涂覆的玻璃珠嵌在一热塑性胶粘剂上的显微图。样品区域是420微米×570微米。对这较均匀的微粒分布的一附属的优点是它在最终产品中提供了一均匀的外观。
使用本发明的方法制造Z轴向导电胶粘薄膜的一个优点是它允许使用较大的导电微粒。因为微粒的尺寸能够很类似于胶粘薄膜的厚度,以及因为诸微粒跨越该胶粘剂的厚度,所以为产生一粘合而材料流动的量为最少,特别是与已知的热塑性薄膜基的系统比较时,在现有技术系统中与该粘合物质的厚度比较微粒较小。这允许导电表面的迅速粘合。这也保证最终的粘合物在一较大部分上的厚度是均匀的。这能有助于保持最终产品的质量。
通过本发明加工过程制造的一Z轴线导电胶粘薄膜的另一优点是,嵌入微粒的薄膜产品能够基于热塑性胶粘剂。通过加热能够再激活胶粘剂的粘性。这能够按需进行许多次。在粘合部分必须再工作、去除、再修理或再定位的诸应用场合,再激活胶粘剂的自由性是有用的。
试验方法
剥离粘接强度
测量了对于玻璃基底的剥离强度。使用了一IMASS试验仪、型号3M90(可从俄亥俄州Strongville的IMASS Instrumentors,Incorporate购得)测量180°角剥离粘接强度,如下所述。首先用甲基乙基酮和KIMWIPES EX-L薄纸(可从佐治亚州Roswell的Kimberly-ClarkCorporation购得)清洁剥离试验仪的玻璃板试验表面。其次,将具有1.9厘米(0.75英寸)宽度和25.4厘米(10.0英寸)长度的一试样按长度方向放在该玻璃板上。通过将2.27公斤(5磅)橡胶辊在试样上来回通过三次将试样固定于玻璃基底。接着,将传感器臂按长度方向延伸在试样上且离开臂保持件的最远端被附连至试样。然后将传感器臂的相对端定位在臂保持件内和驱动该试验仪。以180°的角度和229厘米/分(90英寸/分)的一速度从玻璃基底上剥离试样。
数据的最初2秒没有被包含在分析中,以适应试验的开动。拿取2和5秒之间的数据对于平均剥离力进行分析,并转换成一玻璃粘接强度值,以及被标准化到2.5厘米(1英寸)的宽度。测量了四个试样,以及使用其结果计算所报告的总平均剥离粘接强度(单位:克/厘米(盎司/英寸))和标准偏差。
表面积覆盖率
利用一显微镜评价被嵌入的微粒所覆盖的表面积。使用装备有摄像机的一OLYMPUS BX60F5显微镜(可从日本OlympusOptical Company购得)以20X放大倍数检查了在它们的表面上具有被嵌入的微粒的物品。以一随机选择的区域的366X放大倍数得到一图形,并将该图像以一数字格式储存,供以后使用。利用SIGMASCAN PRO 5图像处理软件(可从伊利诺斯州芝加哥的SPSS购得)分析各具有0.24平方毫米的一面积的六个试样,以获得在各六个随机选择的区域内的一微粒数和计算了一平均微粒数。通过将一微粒的平均横剖面积(从制造商提供的平均微粒尺寸得出)乘在一图像区域内的平均总微粒数、以及这数值被该图像的总面积除得到所覆盖的表面积的百分率。将这数值乘100得到百分数。
电阻
对具有导电微粒的物品评价穿过该物品的厚度(Z轴线)和越过它的表面积(X-Y平面,也称为“片电阻”)的电阻。更具体地,对于Z轴线电阻率,将具有约15.2厘米(6英寸)宽度和约25.4厘米(10英寸)长度的一薄膜试样放置在厚度为0.318厘米(0.125英寸)和直径为2.5厘米(1英寸)的两块圆形黄铜板之间。将一FLUKE 83 III Multimeter(可从华盛顿州Everett的FLUKE Corporation购得)的诸电极连接于诸黄铜板,然后用手指压力将这两铜板压在一起。以欧姆为单位记录Z轴线电阻。
利用一PROSTAT表面电阻和电阻率指示仪、型号PSI-870(伊利诺斯州Bensenville的PROSTAT Corporation)按照在操作手册中叙述的步骤测量具有以上尺寸的一试样的X-Y平面(片)电阻。以欧姆/平方(ohms/square)(也写成欧姆/□)记录X-Y平面电阻。
后向反射率
利用可从加利福尼亚州Spring Valley的Advanced Retro Technology Inc.购得的一Field Retroreflectometer型号920测量诸被覆盖的试样的反向反射率。后向反射率以每平方米每勒克斯的烛光(cd/lx/m2)来表达。首先,用制造商提供的一标准试样(工程白板(Engineering White))、将该仪器放在该试样上(以致它的光学窗口贴合该试样)和在该仪器上阅读数量显示来标定该仪器。调节标定旋钮直至仪器读出101.0烛光/勒克斯/平方米)。然后以相同的方式将仪器放在要被测量的试样上和提供反向反射率。测量了相互分开10厘米(4英寸)的被覆盖的试样的三个区域,并在写入报告前进行平均。
微粒嵌入
使用一光学显微境评价在薄条内微粒被嵌入的深度。利用装备有一摄像机的一OLYMPUS BX60 F5(可从日本OlympusOptical Company Ltd.购得)显微镜、以20X放大倍数检查具有被嵌入的微粒的物品的横剖面图像。以一随机选取的区域的一边缘上的视图的366X放大倍数取得一图形和将该图像以数字格式储存,供以后使用。利用SIGGMASCAN PRO 5图像处理软件(可从伊利诺斯州芝加哥的SPSS公司购得)分析各具有约0.24平方毫米的一边缘上面积的六个试样,获得关于在各六个随机选取的区域内的各微粒的一微粒嵌入深度和一微粒直径。计算微粒嵌入的一平均深度和一平均微粒直径。
通过将微粒嵌入的平均深度被微粒的平均直径除,得到了微粒嵌入的百分率,然后用100乘这个计算结果,得到百分数。
“100%嵌入”意味着微粒完全被包含在薄条材料内,和/或微粒与薄条的表面平齐,和/或基本上没有微粒的一部分从薄条表面延伸。
例子
在以下的例子1-10和比较例子中,利用图1-4的设备将微粒嵌入多种被覆盖的薄条。对于某些例子,利用磨光、充静电荷或两者相结合来进行散布。所有的例子都在一湿度控制的环境内进行。在该设备内典型的相对湿度被保持在10%之下和环境温度约为30℃。
例子1
具有1.9厘米(0.75英寸)宽和25.4厘米(10英寸)长的ScotchMagicTMTape810(丙烯酸树脂压敏粘接带)的一试样是用可从Potter Industries购得的、具有43微米的平均直径的未涂覆的Conduct-O-FilTMS-300-S3P玻璃珠(金属涂覆的玻璃珠的生产中的一中间产品)嵌入在该粘接表面上。使用的散布器类似于图2-4所示的和采用多种表面覆盖率。使用了下列参数:薄条速度6.1米/分(20英尺/分)、电接地的加热板温度约20-25℃、在毛刷上的充电金属丝和加热板之间的距离30毫米、转动毛刷的一工作电压0.4伏以及施加于该散布设备的一负直流电势7千伏。通过手工地将筛网张紧在散布器孔上、直至用一手指推压时在筛网上没有可感知的松驰,使筛网保持张紧。对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和剥离粘接强度。其结果报告在以下的表1中。
例子2
用9.1米/分(30英尺/分)的一薄条速度重复例子1。对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和剥离粘接强度。其结果报告在以下的表1中。
例子3
用12.2米/分(40英尺/分)的一薄条速度重复例子1。对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和剥离粘接强度。其结果报告在以下的表1中。
比较例子
对ScotchMagicTMTape 810的一试样评价如在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和剥离粘接强度。其结果报告在以下的表1中。
表1
例子 | 基底类型 | 微粒类型 | 散布方法 | 表面覆盖率% | 剥离粘接强度克/厘米(盎司/英寸) |
1 | 丙烯酸树脂PSA带 | 未涂覆的玻璃珠 | 散布和充静电荷 | 40 | (完全不增粘的) |
2 | 同上 | 同上 | 同上 | 9 | 3.3±1.1(0.3±0.1) |
3 | 同上 | 同上 | 同上 | 1 | 33.5±11.1(3±1) |
CE | 同上 | 没有 | 没有 | 0 | 256.7±122.8(23±11) |
CE=比较例子
例子4
将具有商标PEBAX 3533的一树脂材料(可从宾夕法尼亚州费城的ElfAtochem,North America购得的聚酰胺-聚酯嵌段共聚物)和具有商标NIREZ2040的一树脂材料(可从ArizonaChemical Corporation购得的一萜烯酚醛)的1∶1(按重量)混合物挤压成一0.002英寸厚的硅酮涂覆的聚酯薄膜,以提供在释放衬垫材料上的、具有0.0025英寸厚的一热塑性薄膜。
通过将释放衬垫材料上的热塑性薄膜通过类似于例1中所述的散布设备,该热塑性薄膜嵌入有平均微粒直径为43微米的导电的涂覆银的玻璃珠S-3000-S3P(可从Potter Industries购得)。使用了下列参数:薄条速度6.1米/分(20英尺/分)、加热板温度85℃(使用可从伊利诺斯州Vernon Hills的Cole-ParmerInstrument Company购得的一温度控制器、型号89810-02保持)、在毛刷上的充电荷金属丝和加热板之间的距离30毫米、以及用于转动毛刷的工作电压0.4伏。通过手工将筛网张紧在散布器孔上、直至在用一手指推压时没有可感知的松驰,使筛网保持张紧。将覆盖的薄条输送通过两硅酮橡胶辊的辊隙。对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和电阻率。其结果报告在以下表2中。
例子5
重复例子4,但用7千伏的一负的直流电势施加于散布设备,以及带有接地的加热板。对所产生的嵌入微粒的物品评价在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和电阻率。其结果报告在以下表2内。
例子6
重复例子5,但使用装备有一EZ Painter衬垫的一精加工打磨机(可从田纳西州Porter Cable Jackson购得的型号505)在包含微粒的表面上磨光而得到的嵌入微粒的热塑性薄膜。磨光7.5厘米(3英寸)形成薄条的粉末散布区域。对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和电阻率。其结果报告在以下表2内。
表2
例子 | 基底类型 | 微粒类型 | 散布方法 | 表面覆盖率% | 电阻率 |
4 | 热塑性树脂 | 涂银的玻璃珠 | 散布 | 4 | Z轴线:0.5欧X-Y平面:1011欧/□ |
5 | 同上 | 同上 | 散布和充静电 | 17 | Z轴线:0.4欧X-Y平面:1011欧/□ |
6 | 同上 | 同上 | 散布和充静电和磨光 | 48 | Z轴线:0.4欧X-Y平面:1011欧/□ |
例子7
用可反射的微粒嵌入一橡胶胶粘剂为基的带子和对它评价反向反射率(反向反射率是反射率的一特殊例子;它规定将入射光以180°的一角度反射回)。尤其,3MTMColored Pater Tape 256(一可打印的平基底纸辐)在该粘接面上、使用在例1中所述的带有下列修改的设备和参数、用涂覆铝的半球形的玻璃珠嵌入、用于旋转毛刷的工作电压是1.5伏。对所产生的嵌入微粒的物品评价在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和反向反射率。其结果报告以下表3中。
例子8
用旋转毛刷的一工作电压3.0伏重复例子7。对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和反向反射率。其结果在以下表3中。
例子9
用关于旋转毛刷的一工作电压6.0伏重复例子7。对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和反向反射率。其结果报告在以下表3中。
例子10
用3MTM Structural Bonding Tape 9245(一可热固化的、环氧树脂/丙烯酸树脂混合压敏粘接带)代替3MTMColored Tape 256重复例子9。对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的表面覆盖率和定向反射率。其结果报告在以下表3中。
表3
例子 | 基底类型 | 微粒类型 | 散布方法 | 表面覆盖率% | 后向反射率(烛光/勒克斯/平方米) |
7 | 橡胶粘接 | 铝涂覆的 | 散布和充 | 14 | 16.2±4.4 |
带 | 玻璃珠 | 静电荷 | |||
8 | 同上 | 同上 | 同上 | 33 | 36.8±16.6 |
9 | 同上 | 同上 | 同上 | 50 | 60.5±30.1 |
10 | 氢化的PSA带 | 同上 | 同上 | 60 | 66.4±35.4 |
在以下的诸例子11-14中,使用图1的设备用微粒嵌入多种涂覆的薄条。对于某些例子,与磨光、充静电荷或两者相结合进行散布。所有的例子都在一湿度控制的环境中进行。在设备内部典型的相对湿度保持在10%之下和环境温度约为30℃。图15示出了用于测量微粒的散布速率所建立的试验。
在平行于旋转毛刷的底部的一金属筛网182上方安装一改进的散布器24。筛网是电接地的,以及由一电源28对散布器本体施加-7千伏。该金属筛网允许微粒落在它的下方的一电子天平18(可从新泽西州Florham Park的Ohaus Corporation购得的OHAUS精密高级型GT4100)上,而没有堆积。这模拟微粒散布在一运动的薄条上,在那里微粒从散布器的下方被带走。连接于该天平的一个人计算机184(PC)记录下随时间落下的微粒的数量(微粒羽柱159),允许确定瞬时的散布速率。
为控制微粒的散布速率,在散布器的带有一Fresenel透镜156的一侧上安装一650纳米的二极管激光152直线发生器(可从加拿大安大略省多伦多的World Star Tech购得的ULL12-3.5G-650-15),该透镜位于该激光器和散布器之间,如图所示。这允许探测微粒羽柱。激光器的扇形角度是15°。该激光器被保持在该第一透镜的焦点处,以及通过调节诸透镜和散布器之间的距离,激光束探测到绝大部分的微粒羽柱。用位于散布器的另一侧上的另一Fresenel透镜158收集通过该羽柱的光线,以及由一光学功率表(可从加拿大安大略省Mississauga的Newport Canada购得的Newport型号1815-C)对其测量。利用功率表的输出和一反馈回路149(或反馈电路)控制毛刷电动机的旋转速度。
例子11
从一热塑性胶粘剂,PEBAX 3533(可从宾夕法尼州费城Elf Atochem,North America购得的聚酰胺-聚酯嵌段共聚物)备制一系裂的微粒嵌入的试样,如以下所述。
具有商标PEBAX 3533的一树脂材料(可从宾夕法尼州费城、Elf Atochem,North America购得的聚酰胺-聚酯嵌段共聚物)和具有商标NIREZ 2040的一树脂材料(可从ArizonaCorporation购得的萜烯酚醛)的一1∶1(按重量)混合物被挤压成一0.051毫米(0.002英寸)厚的涂覆硅酮的聚酯薄膜,以提供在释放衬垫材料上的具有0.0635毫米(0.0025英寸)厚的一热塑性薄膜。
通过在释放衬垫材料上的该热塑性薄膜经过类似于图1所示的、包括类似于图5所示的一散布设备的一散布器,使具有平均微粒直径43微米的导电的涂覆银的玻璃珠、Conduct-O-FilTM S-3000-S3P(可从Potter Industries购得)嵌入在该热塑性薄膜上。使用了下列参数:一薄条速度4.57米/分(15英尺/分),在毛刷上的充电荷的金属丝和加热板之间的距离3毫米,用于旋转毛刷的一工作电压0.4伏,施加于散布设备的一负直流电势7千伏。微粒以0.2克/秒的散布速率散布在PEBAX薄膜上。轧辊上的空气压力从0.138兆帕(20磅/平方英寸)至0.276兆帕(40磅/平方英寸)、以0.069(10磅/平方英寸)的增量变化。加热板的温度(用可从伊利诺斯州、Vernon Hills的Cole-ParmarInstrument Company购得的一温度控制器、型号89810-2保持)被设定为70℃、80℃或90℃,如在以下表4中所规定。温度在约90℃以上时,该薄膜开始粘附于上橡胶轧辊。
对所产生的微粒嵌入的物品评价如以上“试验方法”中所述的微粒嵌入。其结果报告在以下表4中。
表4
轧辊压力兆帕(磅/平方英寸) | 热板的温度℃ | 微粒嵌入%(平均) |
0.138(20) | 70 | 33 |
80 | 46 | |
90 | 53 | |
0.207(30) | 70 | 44 |
80 | 48 |
90 | 53 | |
0.276(40) | 70 | 50 |
80 | 55 |
例子12
将可从加拿大安大略省Mississauga的Dow Corning公司购得的DOWCORNINGWhite RTV 110可流动的硅酮橡胶粘接密封剂涂覆在厚度为0.025毫米(0.001英寸)的一聚脂薄条(可从安大略省London的Cadillac Plastics购得)上,以利用一Mayer棒提供在释放衬垫材料上的厚度为0.0635毫米(0.0025英寸)的一薄膜。
使用例子11的设备和步骤嵌入导电的涂银的玻璃珠,同时密封剂涂层仍然是粘性的。
在这例子中使用具有一平均微粒直径43微米的Conduct-O-FillTMS-3000-S3P(可从Potter Industries购得),并用与图1所示设备相类似的设备。使用了下列参数:一薄条速度4.57米/分(15英尺/分),在毛刷上的充电荷金属丝和加热板之间的距离3毫米,用于转动毛刷的一工作电压0.4伏,和施加于散布设备的一负直流电势7千伏。以0.2克/秒的散布速率将微粒散布在该薄膜上。一0.025毫米(0.001英寸)厚的聚酯(PET)衬垫材料(可从安大略省London的Cadillac Plastics购得)放置在撒有微粒的薄条上,然后通过轧辊。
在轧辊上的空气压力是0.138兆帕(20磅/平方英寸)。在室温下进行覆盖。
在一空气循环炉中加热所产生的微粒嵌入的薄膜,在60℃约2小时,以固化密封剂。
对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的微粒嵌入。所产生的薄条触摸起来是光滑的,以及外表也是光滑的。微观检查显示微粒被完全嵌入硅酮密封剂中。
例子13
将可从加拿大安大略省Mississauga的Dow Corning Corporation购得的DOW CORNING RTV硅酮734可流动的硅酮橡胶粘接密封剂用刮刀涂复在一聚酯薄膜上,并带有设定为0.051毫米(0.002英寸)的涂覆间隙。如在例子11中那样,散布具有一平均微粒直径43微米的Conduct-O-FillTMS-3000-S3P涂覆银的玻璃珠。
允许所产生的嵌入微粒的薄膜在室温(约22℃)下停顿约2小时,以固化密封剂。
对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的粒子嵌入。显微检查显出微粒是100%被嵌入。
例子14
将DOW CORNING RTV硅酮734用刮刀涂复在一聚酯衬垫材料上,并带设定为0.025毫米(0.001英寸)的涂覆间隙。如在例子11中那样散布微粒。
使用具有一平均微粒直径20微米的Conduct-O-FillTMS-3000-S3P涂复银的玻璃珠。将一0.025毫米(0.001英寸)厚的PET衬垫材料放置在撒有微粒的薄条的顶部上,以及通过设定为0.138兆帕(20磅/平方英寸)的辊隙。
允许所产生的嵌入微粒的薄膜在室温(约22℃)下停顿约2小时,以固化密封剂。
对所产生的嵌入微粒的物品评价如在以上“试验方法”中所述的微粒嵌入。显微检查显示微粒是100%被嵌入。
在不脱离本发明的原理或范围的情况下,在本发明中可以作出许多变化和修改。
Claims (11)
1.一种用于将微粒26散布在一表面18上的设备,该设备包括:
用于接受微粒26的一漏斗50,它包括:
一漏斗孔55;
设置成覆盖在漏斗孔55上的一筛网56;以及
靠近筛网56设置的一毛刷58,使毛刷58上的硬毛接触筛网56;可转动地支承毛刷58的一摇架52,其中毛刷58包括一纵向轴线;以及
固定于摇架52的一枢转支持件62,枢转支持件62具有相对于毛刷58的纵向轴线垂直设置的一枢转轴线,以致允许毛刷58围绕枢转支持件62的枢转轴线转动。
2.如权利要求1所述的设备,其特征在于,枢转支持件62可支承地使漏斗50和摇架52接合。
3.如权利要求1所述的设备,其特征在于,还包括:
处于与毛刷58的可支承接合状态的一摇架52;以及
将毛刷58固定于摇架52的一快速释放机构。
4.如权利要求3所述的设备,其特征在于,快速释放机构包括:
固定于毛刷58和摇架52中的一个的一装有弹簧的心轴120;以及
设置在毛刷58和摇架52中的另一个上的至少一个插孔,该插孔被构造成可支承地接纳心轴120。
5.如权利要求1所述的设备,其特征在于,筛网56还包括:
一筛网部分56A;
在一第一安装位置80A处固定地连接至筛网部分56A并可释放地固定于漏斗50的一第一支承杆56B;
大体平行于第一支承杆56B、并在一快速释放的第二安装位置80B处可释放地固定于漏斗50的一第二支承杆56C;以及
其中,第一安装位置80A设置在漏斗孔55的一侧上,第二安装位置80B设置在漏斗孔55的另一侧上。
6.如权利要求1所述的设备,其特征在于,第二安装位置80B还包括:
相对于漏斗50可动的一弹簧偏压的支持件84,以致克服弹簧90的偏压可允许第一杆56B被固定或从第一安装位置80A脱开。
7.如权利要求1所述的设备,其特征在于,还包括:
靠近筛网56设置的一闸门,以致选择地允许微粒26通过筛网56。
8.如权利要求1所述的设备,其特征在于,还包括:
一反馈回路149,该回路被设置成接收来自一监测装置的信号并改变微粒26的散布速率。
9.如权利要求8所述的设备,其特征在于,监测装置包括:
固定于漏斗50的至少一个力传感器;以及
一计算装置,该装置被构造成测量漏斗50的重量变化。
10.如权利要求1所述的设备,其特征在于,该表面是一运动的薄条12的一微粒表面12A,并且还包括:
沿着薄条12、在毛刷58的下游设置的至少一个轧辊36;
沿着薄条12、在毛刷58的下游固定于薄条12的一衬垫材料37B;以及
其中,衬垫材料37B设置在薄条12的微粒表面12A和轧辊36之间。
11.一种用于在一表面上散布微粒26的方法,该方法包括:
将微粒26保持在具有一孔55的一漏斗50中;
将一筛网56配置在孔55上;
使一毛刷58的硬毛横穿过筛网56;
用毛刷58将微粒26拖拉过筛网56;以及
使微粒26散布进入空气,以致它们落在该表面上。
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