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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Folienlaminat, ausgebildet und eingerichtet, nach dauerhafter Verklebung getrennt zu werden, umfassend eine erste Haftklebemasseschicht, eine Abtrennschicht und eine zweite Haftklebemasseschicht. Des Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Lösen einer mittels eines solchen Folienlaminats bewirkten dauerhaften Verklebung.
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Folienlaminate in Form doppelseitiger Klebebänder kommen zum Beispiel zum Einsatz, um zwei Bauteile miteinander zu verkleben. In der Regel sollen diese Bauteile dauerhaft durch ein solches Folienlaminat miteinander verklebt werden. Dies soll zu einer entsprechenden Langlebigkeit und Belastbarkeit der Verklebung bzw. des Produktes führen. Beispiele für auf diese Weise miteinander verbundene Bauteile sind Touch Panels, wie sie in Computerbildschirmen oder mobilen elektronischen Geräten zum Einsatz kommen. Im Falle einer Beschädigung eines der beiden Bauteile kann der verklebte Verbund zwecks Austausches einer Komponente gar nicht oder nur durch hohen (Kraft)Aufwand wieder getrennt werden. Auch besteht die Gefahr, dass an der nicht beschädigten Komponente bei der Trennung eine Schädigung auftritt.
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In der Mikrobearbeitung können einige Laserstrahlquellen für ablative Prozesse verwendet werden. Es können dünnste Schichten von Substraten entfernt werden, da die lokale Erwärmung zu einer partikelförmigen Debris oder einer Carbonisierung/Verdampfung führt. Um möglichst schonende Ablationsprozesse zu realisieren, werden vorwiegend Laser im Wellenlängenbereich von 800 bis 2000 nm eingesetzt. Für photochemische Reaktionen mit geringer Wärmeeinwirkung sind häufig Excimer-Laser im Einsatz.
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Metallbeschichtete Folien können hervorragend bei 1,064 µm entschichtet werden, da die typisch verwendeten Trägerfolien (zum Beispiel Polyester, Polypropylen) bei dieser Wellenlänge durchlässig sind. Die Transluzenz ermöglicht die Entfernung der Metallschicht ohne die Polymerfolie zu schädigen. Der Strahlgang kann somit auch durch die Folie gehen. Der Nd:YAG-Laser ist optimal für eine flächige Entfernung von metallischen Schichten verwendbar, da die Ablation der Schicht über eine Sublimation erfolgt.
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In der folgenden Tabelle sind die typischen Eigenschaften eines Nd:YAG-Laser aufgelistet. Tabelle 1: Typische Eigenschaften eines Nd:YAG-Lasers
Wellenlänge: | 1064 nm |
Pulsdauer: | einige ps bis zu einigen ms |
Pulsenergie: | mJ bis zu etwa 100 J |
Photonenenergie | 1,16 eV |
Anwendungen: | Mikroschweißen, -schneiden und -bohren von Metallen und Kunststoffen |
Anmerkung: | Typische Kunststoffe und Glas besitzt eine hohe Transparenz → daher schlechte Bearbeitung |
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Aus der
EP 3 178 660 A1 ist ein personalisierbares Sicherheitselement aufweisend ein Trägersubstrat und eine optisch variable Schicht bekannt, wobei das Sicherheitselement folgende Schichtenfolge aufweist:
- a) ein Trägersubstrat bestehend aus einer flexiblen Kunststofffolie, die eine laserbeschreibbare schwarze metallische Beschichtung oder eine Beschichtung aus einem thermoaktivierbaren Farbstoff aufweist oder aus Papier, das eine Thermodirektbeschichtung aufweist
- b) gegebenenfalls eine Kaschierklebeschicht
- c) eine Schicht aus einem flüssigkristallinen Material oder einem Farbkippeffektlack
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Die
DE 102 56 470 A1 offenbart eine mit einem Laserstrahl beschriftbare Folie, die mindestens eine für den Laserstrahl durchlässige, ein- oder mehrschichtige Oberfolie aufweist, unterhalb derer zumindest teilflächig ein durch den Laserstrahl veränderbares Medium angeordnet ist.
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Das durch den Laserstrahl veränderbare Medium weist mikroskopische metallische Partikeln auf.
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- a) Trägerschicht aus Kunststoff, die
- b) ein Additiv enthält, das unter Lichtbestrahlung, insbesondere Laser-Bestrahlung einen Farbumschlag zeigt, und die
- c) auf der einen Seite mit einer Selbstklebemasse beschichtet ist, welche
- d) ggf. mit einem Trennpapier oder eine Trennfolie abgedeckt ist, wobei
- e) die Trägerschicht auf der anderen Seite durch eine oder mehrere übereinander angeordnete Schutzfolien abgedeckt ist, die
- f) transparent, für Laser-Bestrahlung durchlässig und selbstklebend ausgerüstet sind.
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Aus der
DE 100 22 876 A1 ist eine Etikettenanordnung mit wenigstens zwei zumindest abschnittweise übereinander angeordneten Etiketten bekannt, bei der die Etiketten zumindest in den übereinander liegenden Abschnitten jeweils ein durch Strahlung oder Wärmebehandlung veränderbares Medium aufweisen, wobei die Etiketten in Bezug auf die Strahlung oder Wärmebehandlung durchlässig sind oder durch diese zumindest teilweise durchlässig werden.
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Die
DE 10 2016 225 854 A1 offenbart ein Verfahren zum Verkleben zweier Oberflächen mittels eines reaktiven Klebstofffilm-Systems.
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Eine mit einem Laserstrahl beschriftbare Folie, die mindestens eine für den Laserstrahl durchlässige, durchgefärbte, transluzente Schutzschicht aufweist, ist in der
DE 200 17 501 U1 gezeigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Folienlaminat zur Verfügung zu stellen, das einerseits eine dauerhafte und sichere Verklebung zweier Bauteile miteinander ermöglicht, andererseits im Bedarfsfall jedoch eine saubere und sichere Trennung der Bauteile ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Laminat gelöst, wie es in Anspruch 1 beschrieben ist. Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Folienlaminat, ausgebildet und eingerichtet, nach dauerhafter Verklebung getrennt zu werden, umfassend eine erste Haftklebemasseschicht, eine Abtrennschicht und eine zweite Haftklebemasseschicht, wobei die Abtrennschicht eine Dicke von 40 nm bis 500 nm aufweist, die erste Haftklebemasseschicht laserstrahltransluzent ist und die Abtrennschicht aus einem durch Laserbestrahlung zumindest teilweise entfernbaren Metall besteht. Transluzenz ist die partielle Lichtdurchlässigkeit eines Körpers.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Lösen einer mittels eines erfindungsgemäßen Folienlaminats bewirkten dauerhaften Verklebung, indem die Abtrennschicht zumindest teilflächig mittels Laserbestrahlung entfernt wird und das Folienlaminat in ein erstes Teillaminat und ein zweites Teillaminat getrennt wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen des Laminats nach Anspruch 1 sowie des Verfahrens nach Anspruch 6 sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Mit einem solchen Folienlaminat können zwei Substrate, zum Beispiel Glas/Glas, Glas/Metall, Glas/Kunststoff oder Kunststoff/Kunststoff permanent verklebt werden. Durch das gezielte Entfernen der dünnen Metallschicht kann die Verbundhaftung zwischen den beiden Haftklebemasseschichten um 100% reduziert werden. Damit kann eine sogenannte Reworkability erreicht werden, das heißt, eine eigentlich als nicht mehr veränderbare Verbindung erfolgte Verklebung kann doch wieder aufgehoben werden. Das Entfernen der Metallschicht erfolgt dabei durch Ablatieren oder Sublimieren der Metallschicht.
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Vorzugsweise umfasst das Folienlaminat zwischen der ersten Haftklebemasseschicht und der Abtrennschicht des Weiteren eine erste Trägerschicht, die ebenfalls laserstrahltransluzent ist. Mit einer solchen Trägerschicht kann eine besonders gute Haftung des Metalls sichergestellt werden, da man das Material der Trägerschicht an die Erfordernisse des Metalls anpassen kann, ohne auf die Eigenschaften der Haftklebemasseschicht Rücksicht nehmen zu müssen. Das Material der Trägerschicht kann so ausgewählt werden, dass die Haftung der Abtrennschicht aus Metall besonders gut ist.
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Des Weiteren ist es besonders bevorzugt, wenn das Folienlaminat zwischen der Abtrennschicht und der zweiten Haftklebemasseschicht eine Releaseschicht und eine zweite Trägerschicht umfasst. Die Releaseschicht kann insbesondere eine Schicht eines Kaschierklebers sein, der vorzugsweise eine heißschmelzende, nicht haftklebrige Klebemasse ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine Trägerschicht mit dem Metall zu beschichten und diese im Anschluss mit der zweiten Trägerschicht mittels Releaseschicht, die auch als Laminier- oder Kaschierklebeschicht bezeichnet werden kann, zu verbinden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Lösen einer mittels eines erfindungsgemäßen Folienlaminats bewirkten dauerhaften Verklebung, bei dem die Abtrennschicht zumindest teilflächig mittels Laserbestrahlung entfernt wird und das Folienlaminat in ein erstes Teillaminat und ein zweites Teillaminat getrennt wird.
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Vorzugsweise werden dabei auf mindestens eines der Teillaminate Kräfte aufgebracht, die den Abstand der beiden Teillaminate voneinander vergrößern. So ist eine besonders gute und sichere Trennung des Folienlaminats in zwei Teillaminate möglich.
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Ein typischer Aufbau eines erfindungsgemäßen Folienlaminats sieht damit folgendermaßen aus:
- a) erste Haftklebemasseschicht
- b) erste Trägerschicht
- c) Abtrennschicht
- d) Releaseschicht
- e) zweite Trägerschicht
- f) zweite Haftklebemasseschicht,
wobei nur die Schichten a), c) und f) zwingend, die anderen Schichten hingegen optional, wenn auch bevorzugt sind.
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Wichtig ist, dass sowohl die erste Haftklebemasseschicht wie auch, so vorhanden, die erste Trägerschicht transluzent für die verwendete Laserstrahlung sind, damit der Laser zur Abtrennschicht vordringen kann. Gleiches gilt für das zu verklebende Substrat, zumindest auf der Seite, von der die Laserstrahlung eingebracht wird. Auch dieses Substrat muss durchlässig für die Laserstrahlung sein. Die Abtrennschicht selbst absorbiert die Laserstrahlung.
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Die Trägerschicht oder die Trägerschichten der Folienlaminats bestehen vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat, Polyethylen oder Polypropylen, wobei Polyethylenterephthalat (PET) besonders bevorzugt ist. Auf PET haften Metalle besonders gut. Auch lässt sich PET sehr gut im Vakuum bedampfen, was das Aufbringen des Metalls vereinfacht. Die Trägerschichten können eingefärbt sein, wobei sicherzustellen ist, dass durch die für die Einfärbung verwendeten Substanzen die Laserstrahldurchlässigkeit gewahrt bleibt. Zum Einfärben eignen sich daher insbesondere organische Farbstoffe, wohingegen Pigmentruß ungeeignet ist.
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Die Abtrennschicht ist als Metallschicht, auch als metallische Schicht bezeichnet, ausgestaltet. Im Rahmen der Erfindung werden unter dem Begriff Metall reine Metalle, aber Legierungen oder Metalloxide subsummiert.
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Die Metallschicht kann eine Metallfolie sein, die bei der Herstellung des Laminats zwischen die Haftklebemasseschichten eingebracht wird; beispielsweise durch einen Laminationsprozess. Die Abtrennschicht kann hervorragend auch realisiert sein durch eine Bedampfung, Besputterung, elektrostatische Beschichtung oder sonstige Aufbringung des Trennschichtmaterials in kleinteiliger, atomarer, ionischer oder molekularer Form, und zwar insbesondere von Metallen, Metalloxiden oder dergleichen. Dies kann beispielweise auf einer der Haftklebeschichten geschehen, bevor die andere Haftklebeschicht auflaminiert oder aufbeschichtet wird, oder auch auf beiden Haftklebeschichten auf den jeweiligen Oberflächen, die nachher einander zugewandt sind.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Abtrennschicht liegt sehr bevorzugt vollflächig und als geschlossene Schicht zwischen den zwei Haftklebeschichten. Die erfindungsgemäß vorgesehene Trennschicht wird vorteilhaft in Dicken von 40 nm bis zu 500 nm eingesetzt, weiter vorzugsweise in Dicken von 100 nm bis 250 nm.
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Als Metallschicht eignet sich insbesondere eine reine Schicht aus AI, Cu, Ag, Au, Pt, Pd, Zn, Cr, Ti und dergleichen, wobei übliche Verunreinigungen in den Metallen nicht ausgeschlossen sind. Als Metall hat sich Aluminium als besonders geeignet herausgestellt. Auch eine Schicht aus einer Legierung liegt im erfindungsgemäßen Gedanken. Bei einer Legierung handelt es um einen makroskopisch homogenen metallischen Werkstoff aus mindestens zwei Elementen (Komponenten), von denen mindestens eins ein Metall ist und die gemeinsam das metalltypische Merkmal der Metallbindung aufweisen. In weiter vorteilhafter Weise können als Trennschichten erfindungsgemäß Schichten aus Kupfer oder Titan oder aus Metalloxid (MeOx-Schichten) verwendet werden. Vorteilhafte Metalloxidschichten bestehen beispielweise aus Siliziumdioxid (SiO2), Titandioxid (TiO2) oder Zink-Zinn-Oxid (ZnSnO), oder sie umfassen eines oder mehrerer dieser Metalloxide. Die Metalloxide umfassen weiter bevorzugt Boroxide, Aluminiumoxide, Molybdate, Vanadate und schließen deren Hydroxide und Oxidhydrate oder Mischungen derselben ein.
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Vorteilhaft wird die Beschichtung (insbesondere durch Metalle - wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Titan - oder Metalloxide - wie beispielweise SiO2, TiO2 und/oder ZnSnO - vollflächig und als geschlossene Schicht abgeschieden. Die erzeugten Schichtstärken weisen vorzugsweise eine Dicke von 40 nm-500 nm auf. Die Metall- bzw. Metalloxid-Schicht wird optimal durch das Beschichten mittels Sputterverfahren hergestellt. Sputtern („Sputter-Beschichtung“), auch Kathodenzerstäubung unter Hochvakuum genannt, bedeutet das Abtragen bzw. Abstäuben von Material von einem Feststoff durch energetisches Ionenbombardement, um mit dem abgestäubten Material ein Substrat zu beschichten. Beim Magnetron-Sputterverfahren, das erfindungsgemäß eingesetzt werden kann, handelt es sich um ein so genanntes PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition - Physikalische Dampfphasenabscheidung). Der stabile Vakuumbeschichtungsprozess ermöglicht eine hohe Gleichmäßigkeit und Reinheit der Schicht. Bevorzugt wird so vorgegangen, dass die Beschichtungsquelle (Sputterquelle) ein Niederdruckplasma aus einem Edelgas (typischerweise Argon) erzeugt, was in einer Vakuumkammer im Druckbereich von 10-3 bis 102 mbar geschieht. Als Ausgangsmaterial für die Schicht dient das so genannte Target, das sich in der Sputterquelle befindet. Die Sputter-Verfahrenstechnik befindet sich technisch auf einem sehr hohen Niveau und eignet sich auch als Fertigungsprozess für eine Massenproduktion. Aber auch die galvanische Elektrolyse oder das CVD (Chemical-Vapour-Deposition)-Verfahren kann zur Erzeugung der Abtrennschicht verwendet werden.
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Prinzipiell möglich ist es auch, mehrere Schichten aus unterschiedlichen Metallen aufzubringen.
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Die Entfernung der Abtrennschicht erfolgt durch einen Laser, insbesondere durch Ablation oder Sublimation. Dabei wird insbesondere derart vorgegangen, dass mit dem Laser von einer Seite durch das Folienlaminat hindurch gestrahlt wird. Dabei kann die Abtrennschicht vollflächig entfernt werden, oder es findet nur eine Entfernung in einem oder mehreren Bereichen oder in Abschnitten statt. Hierdurch kann gesteuert werden, wie groß die verbleibende Kontaktfläche sein soll. Auf diese Weise kann eine Sollbruchstelle erzeugt werden, an der bei geringer weiterer Beanspruchung eine Trennung erfolgt, während zunächst noch (d.h. nach der Laserbestrahlung) eine Verbindung aufrechterhalten bleibt. Ebenso ist bei vollständiger Entfernung der Abtrennschicht eine 100%ige Trennung des Folienlaminats innerhalb von weniger als einer Sekunde möglich. Ursprünglich als dauerhaft verbundene Substrate können somit auf einfache Weise sehr schnell und sauber voneinander getrennt werden.
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Als Laser können grundsätzlich übliche Standardlaser eingesetzt werden. Die verwendete Laserwellenlänge wird bevorzugt so gewählt, dass die Laserstrahlung mit höchster Transmission durch die Haftklebe- und sonstigen eventuellen Schichten des Folienlaminats emittieren kann. In dem Wellenlängenbereich von 800 bis 2000 nm besteht zum Beispiel für übliche Acrylathaftklebemassen keine oder nur eine sehr geringe Absorptionsbereitschaft. In diesem Bereich sind auch die erfindungsgemäßen Klebesysteme transluzent.
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Vorzugsweise werden Festkörperlaser eingesetzt, deren Wellenlänge zur Durchstrahlung von üblichen Klebemassen und Releasematerialien hervorragend geeignet ist. Besonders bevorzugt werden Nd:YAG-Festkörperlaser eingesetzt. Ein Nd:YAG-Laser (kurz für Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser) ist ein Festkörperlaser, der als aktives Medium einen Neodym-dotierten YAG-Kristall verwendet und meist infrarote Strahlung mit der Wellenlänge 1064 nm emittiert. Weitere Übergänge existieren bei 946 nm, 1320 nm und 1444 nm. Die Wellenlänge des emittierten Lichts dieses Lasers liegt - wie vorstehend beschrieben - im Bereich von 1064 µm. Diese Wellenlänge wird von den eingesetzten Klebeschichten in der Regel nicht absorbiert, so dass diese Materialien für die betreffende Wellenlänge transluzent sind. Zudem können auch die Trägerschichten - beispielweise aus Polyethylenterephthalat (PET) - beschädigungsfrei mit dieser Wellenlänge durchstrahlt werden. Eine Konversion der Strahlung in andere Wellenlängen kann bei Bedarf durch Erzeugung der zweiten (532 nm) und dritten (355 nm) Harmonischen realisiert werden. Grundsätzlich sind aber alle Gaslaser, Farbstofflaser, Feststofflaser, Metalldampflaser und Excimerlaser mit den geeigneten Wellenlängen geeignet.
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Unter einem Haftklebstoff beziehungsweise einer Haftklebmasse wird in dieser Schrift wie im allgemeinen Sprachgebrauch üblich ein Stoff verstanden, der - insbesondere bei Raumtemperatur - dauerhaft klebrig sowie klebfähig ist. Charakteristisch für einen Haftklebstoff ist, dass er durch Druck auf ein Substrat aufgebracht werden kann und dort haften bleibt, wobei der aufzuwendende Druck und die Einwirkdauer dieses Drucks nicht näher definiert werden. In manchen Fällen, abhängig von der genauen Art des Haftklebstoffs, der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit sowie des Substrats, reicht die Einwirkung eines kurzfristigen, minimalen Drucks, der über eine leichte Berührung für einen kurzen Moment nicht hinausgeht, um den Haftungseffekt zu erzielen, in anderen Fällen kann auch eine längerfristige Einwirkdauer eines hohen Drucks notwendig sein.
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Haftklebstoffe haben besondere, charakteristische viskoelastische Eigenschaften, die zu der dauerhaften Klebrigkeit und Klebfähigkeit führen.
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Kennzeichnend für sie ist, dass, wenn sie mechanisch deformiert werden, es sowohl zu viskosen Fließprozessen als auch zum Aufbau elastischer Rückstellkräfte kommt. Beide Prozesse stehen hinsichtlich ihres jeweiligen Anteils in einem bestimmten Verhältnis zueinander, abhängig sowohl von der genauen Zusammensetzung, der Struktur und dem Vernetzungsgrad des zu betrachtenden Haftklebstoffes als auch von der Geschwindigkeit und Dauer der Deformation sowie von der Temperatur.
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Der anteilige viskose Fluss ist zur Erzielung von Adhäsion notwendig. Nur die viskosen Anteile, hervorgerufen durch Makromoleküle mit relativ großer Beweglichkeit, ermöglichen eine gute Benetzung und ein gutes Anfließen auf das zu verklebende Substrat. Ein hoher Anteil an viskosem Fluss führt zu einer hohen Haftklebrigkeit (auch als Tack oder Oberflächenklebrigkeit bezeichnet) und damit oft auch zu einer hohen Klebkraft. Stark vernetzte Systeme, kristalline oder glasartig erstarrte Polymere sind mangels fließfähiger Anteile in der Regel nicht oder zumindest nur wenig haftklebrig.
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Die anteiligen elastischen Rückstellkräfte sind zur Erzielung von Kohäsion notwendig. Sie werden zum Beispiel durch sehr langkettige und stark verknäuelte sowie durch physikalisch oder chemisch vernetzte Makromoleküle hervorgerufen und ermöglichen die Übertragung der auf eine Klebverbindung angreifenden Kräfte. Sie führen dazu, dass eine Klebverbindung einer auf sie einwirkenden Dauerbelastung, zum Beispiel in Form einer dauerhaften Scherbelastung, in ausreichendem Maße über einen längeren Zeitraum standhalten kann. Zur genaueren Beschreibung und Quantifizierung des Maßes an elastischem und viskosem Anteil sowie des Verhältnisses der Anteile zueinander können die mittels Dynamisch Mechanischer Analyse (DMA) ermittelbaren Größen Speichermodul (G') und Verlustmodul (G'') herangezogen werden. G' ist ein Maß für den elastischen Anteil, G'' ein Maß für den viskosen Anteil eines Stoffes. Beide Größen sind abhängig von der Deformationsfrequenz und der Temperatur.
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Die Größen können mit Hilfe eines Rheometers ermittelt werden. Das zu untersuchende Material wird dabei zum Beispiel in einer Platte-Platte-Anordnung einer sinusförmig oszillierenden Scherbeanspruchung ausgesetzt. Bei schubspannungsgesteuerten Geräten werden die Deformationals Funktion der Zeit und der zeitliche Versatz dieser Deformation gegenüber dem Einbringen der Schubspannung gemessen. Dieser zeitliche Versatz wird als Phasenwinkel δ bezeichnet.
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Der Speichermodul G' ist wie folgt definiert: G' = (τ/γ) ·cos(δ) (τ = Schubspannung, γ = Deformation, δ = Phasenwinkel = Phasenverschiebung zwischen Schubspannungs- und Deformationsvektor). Die Definition des Verlustmoduls G'' lautet: G'' = (τ/γ) ·sin(δ) (τ = Schubspannung, γ = Deformation, δ = Phasenwinkel = Phasenverschiebung zwischen Schubspannungs- und Deformationsvektor).
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Ein Stoff gilt im Allgemeinen als haftklebrig und wird im Sinne dieser Schrift als haftklebrig definiert, wenn bei Raumtemperatur, hier definitionsgemäß bei 23°C, im Deformationsfrequenzbereich von 100 bis 101 rad/sec, G' zumindest zum Teil im Bereich von 103 bis 107 Pa liegt und wenn G'' ebenfalls zumindest zum Teil in diesem Bereich liegt. Zum Teil heißt, dass zumindest ein Abschnitt der G'-Kurve innerhalb des Fensters liegt, das durch den Deformationsfrequenzbereich von einschließlich 100 bis einschließlich 101 rad/sec (Abszisse) sowie den Bereich der G'-Werte von einschließlich 103 bis einschließlich 107 Pa (Ordinate) aufgespannt wird, und wenn zumindest ein Abschnitt der G''-Kurve entsprechend innerhalb dieses Fensters liegt.
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Die beiden Haftklebmasseschichten enthalten bevorzugt mindestens ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Poly(meth)acrylaten, Naturkautschuk, Synthesekautschuken, hier insbesondere Vinylaromatenblockcopolymere, Silikonen, Polyurethanen und Mischungen aus zwei oder mehreren der vorstehend aufgeführten Polymere. Besonders bevorzugt enthält die äußere Haftklebmasseschicht mindestens ein Poly(meth)acrylat.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn mindestens eine der beiden Haftklebeschichten mindestens 40 Gew.-% eines oder mehrerer Poly(meth)acrylats/e enthält. Insbesondere enthält die äußere Haftklebmasseschicht keine weiteren Polymere außer einem oder mehreren Poly(meth)acrylaten.
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Unter „Poly(meth)acrylaten“ werden - dem allgemeinen Verständnis entsprechend - Polymere verstanden, die durch radikalische Polymerisation von Acryl- und/oder Methylacrylmonomeren sowie gegebenenfalls weiteren copolymerisierbaren Monomeren zugänglich sind. Der Begriff „Poly(meth)acrylat“ umfasst erfindungsgemäß sowohl Polymere auf Basis von Acrylsäure und deren Derivaten als auch solche auf Basis von Acrylsäure und Methacrylsäure und deren Derivaten als auch solche auf Basis von Methacrylsäure und deren Derivaten, wobei die Polymere immer Acrylsäureester, Methacrylsäureester oder Mischungen aus Acryl- und Methacrylsäureestern enthalten. Die Poly(meth)acrylate der äußeren Haftklebmasseschicht weisen bevorzugt eine mittlere molare Masse Mw von maximal 2.000.000 g/mol auf.
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Bevorzugt werden die Monomere der Poly(meth)acrylate der äußeren Haftklebmasseschicht und ihre mengenmäßige Zusammensetzung derart gewählt, dass sich nach der so genannten Fox-Gleichung (G1)
(vgl. T.G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1 (1956) 123) ein T
G-Wert für das Polymer von≤ 25 °C ergibt. Ein solcher Wert ist besonders vorteilhaft für Haftklebemassen, die im Wesentlichen bei Raumtemperatur eingesetzt werden.
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In der Gleichung G1 repräsentiert n die Laufzahl über die eingesetzten Monomere, wn den Massenanteil des jeweiligen Monomers n (Gew.-%) und TG,n die jeweilige Glasübergangstemperatur des Homopolymers aus den jeweiligen Monomeren n in Kelvin.
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Bevorzugt enthalten die beiden Haftklebmasseschichten ein oder mehrere Poly(meth)-acrylat(e), die auf die folgende Monomerzusammensetzung zurückgeführt werden können:
- a) Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester der Formel (F1) CH2= C(RI)(COORII) (F1),
wobei RI = H oder CH3 und R'' ein Alkylrest mit 1 bis 30 C-Atomen, stärker bevorzug mit 4 bis 14 C-Atomen und besonders bevorzugt mit 4 bis 9 C-Atomen ist;
- b) olefinisch ungesättigte Monomere mit funktionellen Gruppen, die eine Reaktivität mit Vernetzersubstanzen aufweisen;
- c) optional weitere olefinisch ungesättigte Monomere, die mit den Monomeren (a) und (b) copolymerisierbar sind.
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Beispiele für Monomere a) sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, n-Pentylacrylat, n-Hexylacrylat, n-Heptylacrylat, n-Octylacrylat, n-Octylmethacrylat, n-Nonylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, Behenylacrylat und deren verzweigte Isomere, wie zum Beispiel Isobutylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Isooctylacrylat, Isooctylmethacrylat. Besonders bevorzugt steht R'' für eine Methyl-, eine n-Butyl- und eine 2-Ethylhexylgruppe, insbesondere für eine n-Butyl- und eine 2-Ethylhexylgruppe beziehungsweise sind die Monomere a) ausgewählt aus n-Butylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat.
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Die Monomere b) sind bevorzugt olefinisch ungesättigte Monomere mit funktionellen Gruppen, die eine Reaktion mit Epoxidgruppen eingehen können. Besonders bevorzugt enthalten die Monomere b) jeweils mindestens eine funktionelle Gruppe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxy-, Carboxy-, Sulfonsäure- und Phosphonsäuregruppen, Säureanhydridfunktionen, Epoxidgruppen und substituierten oder unsubstituierten Aminogruppen. Insbesondere sind die Monomere b) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Crotonsäure, Aconitsäure, Dimethylacrylsäure, β-Acryloyloxypropionsäure, Trichloracrylsäure, Vinylessigsäure, Vinylphosphonsäure, Maleinsäureanhydrid, 2-Hydroxyethylacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 3-Hydroxypropylmethacrylat, 6-Hydroxyhexylmethacrylat, Allylalkohol, Glycidylacrylat und Glycidylmethacrylat. Ganz besonders bevorzugt sind die Monomere b) Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, insbesondere Acrylsäure.
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Als Monomere c) kommen prinzipiell alle vinylisch funktionalisierten Verbindungen in Frage, die mit den Monomeren a) und den Monomeren b) copolymerisierbar sind. Mit Auswahl und Menge der Monomere c) lassen sich vorteilhaft Eigenschaften der erfindungsgemäßen Haftklebemasse regulieren.
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Die Monomere c) sind besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Propylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, sec.-Butylacrylat, tert-Butylacrylat, Phenylacrylat, Phenylmethacrylat, Isobornylacrylat, Isobornylmethacrylat, tert-Butylphenylacrylat, tert-Butylaphenylmethacrylat, Dodecylmethacrylat, Isodecylacrylat, Laurylacrylat, n-Undecylacrylat, Stearylacrylat, Tridecylacrylat, Behenylacrylat, Cyclohexylmethacrylat, Cyclopentylmethacrylat, Phenoxyethylacrlylat, 2-Butoxyethylmethacrylat, 2-Butoxyethylacrylat, 3,3,5-Trimethylcyclohexylacrylat, 3,5-Dimethyladamantylacrylat, 4-Cumyl-phenylmethacrylat, Cyanoethylacrylat, Cyanoethylmethacrylat, 4-Biphenylacrylat, 4-Biphenylmethacrylat, 2-Naphthylacrylat, 2-Naphthylmethacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, 3-Methoxyacrylsäuremethylester, 3-Methoxybutylacrylat, Phenoxyethylacrlylat, Phenoxy-ethylmethacrylat, 2-Phenoxyethylmethacrylat, Butyldiglykolmethacrylat, Ethylenglycolacrylat, Ethylenglycolmonomethylacrylat, Methoxy-Polyethylenglykolmethacrylat 350, Methoxy-Polyethylenglykolmethacrylat 500, Propylenglycolmonomethacrylat, Butoxydiethylenglykolmethacrylat, Ethoxytriethylenglykolmethacrylat, Octafluoropentyl-acrylat, Octafluoropentylmethacrylat, 2,2,2-Trifluoroethylmethacrylat, 1,1,1,3,3,3-Hexa-fluoroisopropylacrylat, 1,1,1,3,3,3-Hexafluoroisopropylmethacrylat, 2,2,3,3,3-Pentafluoro-propylmethacrylat, 2,2,3,4,4,4-Hexafluorobutylmethacrylat, 2,2,3,3,4,4,4-Heptafluoro-butylacrylat, 2,2,3,3,4,4,4-Heptafluorobutylmethacrylat, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-Pentadecafluorooctylmethacrylat, Dimethylaminopropylacrylamid, Dimethylaminopropylmethacrylamid, N-(1-Methylundecyl)acrylamid, N-(n-Butoxymethyl)acrylamid, N-(Butoxymethyl) methacrylamid, N-(Ethoxymethyl)acrylamid, N-(n-Octadecyl)acrylamid, N,N-Dialkyl-substituierten Amiden, insbesondere N,N-Dimethylacrylamid, N,N-Dimethylmethacrylamid, N-Benzylacrylamid, N-Isopropylacrylamid, N-tert-Butylacrylamid, N-tert-Octylacrylamid, N-Methylolacrylamid, N-Methylolmethacrylamid; weiter Acrylnitril, Methacrylnitril; Vinylethern wie Vinylmethylether, Ethylvinylether, Vinylisobutylether; Vinylestern wie Vinylacetat; Vinylchlorid, Vinylhalogeniden, Vinylidenhalogeniden, Vinylpyridin, 4-Vinylpyridin, N-Vinylphthalimid, N-Vinyllactam, N-Vinylpyrrolidon, Styrol, α- und p-Methylstyrol, α-Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol, 3,4-Dimethoxystyrol, 2-Polystyrolethylmethacrylat (Molekulargewicht Mw von 4000 bis 13000 g/mol) und Poly(Methylmethacrylat)ethylmethacrylat (Mw von 2000 bis 8000 g/mol). Insbesondere ist das Monomer c) Methylacrylat.
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Die Monomere c) können vorteilhaft auch derart gewählt werden, dass sie funktionelle Gruppen enthalten, die eine strahlenchemische Vernetzung (beispielsweise durch Elektronenstrahlen oder UV) unterstützen. Geeignete copolymerisierbare Photoinitiatoren sind zum Beispiel Benzoinacrylat und acrylatfunktionalisierte Benzophenonderivate. Monomere, die eine Vernetzung durch Elektronenbestrahlung unterstützen, sind zum Beispiel Tetrahydrofurfurylacrylat, N-tert-Butylacrylamid und Allylacrylat.
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Besonders bevorzugt sind, sofern die Haftklebmasseschichten mehrere Poly(meth)acrylate enthalten, alle Poly(meth)acrylate der Haftklebmasseschichten auf die vorstehend beschriebene Monomerzusammensetzung zurückzuführen. Insbesondere sind alle Poly(meth)acrylate der Haftklebmasseschichten auf eine Monomerzusammensetzung bestehend aus Acrylsäure, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und Methylacrylat zurückzuführen.
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Ganz besonders bevorzugt ist das Poly(meth)acrylat beziehungsweise sind alle Poly(meth)acrylate der Haftklebmasseschichten auf die folgende Monomerzusammensetzung zurückzuführen:
- Acrylsäure 1 bis 10 Gew.-%
- Methylacrylat 1 bis 15 Gew.-%
- 2-Ethylhexylacrylat 30 bis 60 Gew.-%,
- n-Butylacrylat 25 bis 50 Gew.-%,
wobei sich die Anteile der Monomeren zu 100 Gew.-% addieren.
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In einer Ausführungsform der Erfindung enthalten die Haftklebmasseschichten mindestens ein klebrig machendes Harz, welches ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pinen-, Inden- und Kolophoniumharzen sowie deren disproportionierten, hydrierten, polymerisierten, veresterten Derivaten und Salzen; aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffharzen, Terpenharzen, Terpenphenolharzen sowie Gemischen aus zwei oder mehreren der vorstehend aufgeführten klebrig machenden Harze ist. Von den Kohlenwasserstoffharzen lassen sich alle mit dem entsprechenden Poly(meth)acrylat kompatiblen (löslichen) Harze einsetzen, insbesondere sei verwiesen auf alle aliphatischen, aromatischen, alkylaromatischen Kohlenwasserstoffharze, Kohlenwasserstoffharze auf Basis reiner Monomere, hydrierte Kohlenwasserstoffharze, funktionelle Kohlenwasserstoffharze sowie Naturharze, insbesondere auf C5- bis C9-Kohlenwasserstoffharze. Besonders bevorzugt enthalten die Haftklebmasseschichten mindestens ein klebrig machendes Harz ausgewählt aus Terpenphenolharzen und C5- bis C9-Kohlenwasserstoffharzen. Insbesondere enthalten die Haftklebmasseschichten ein Terpenphenolharz.
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Substrate, die zur Verklebung über das erfindungsgemäße Klebesystem besonders geeignet sind, sind Metalle, Glas und/oder Kunststoffe. Die zu verklebenden Substrate können gleich oder verschieden sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße, reaktive Klebstoffsystem zur Verklebung von Metallen, Glas und Kunststoffen eingesetzt. In einer besonders bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsform werden Polycarbonate und eloxiertes Aluminium verklebt.
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Gegebenenfalls kann es notwendig sein, dass die Oberflächen der zu verklebenden Substrate durch ein physikalisches, chemisches und/oder physikalisch-chemisches Verfahren vorbehandelt werden. Hier ist beispielsweise das Aufbringen eines Primers oder einer Haftvermittlerzusammensetzung vorteilhaft.
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Die zu verklebenden Metallsubstrate können generell aus allen geläufigen Metallen und Metalllegierungen gefertigt werden. Bevorzugt kommen Metalle, wie zum Beispiel Aluminium, Edelstahl, Stahl, Magnesium, Zink, Nickel, Messing, Kupfer, Titan, eisenhaltige Metalle und Legierungen zum Einsatz. Die zu verklebenden Teile können außerdem aus unterschiedlichen Metallen aufgebaut sein.
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Geeignete Kunststoffsubstrate sind beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Polycarbonate (PC), ABS/PC-Blends, PMMA, Polyamide, glasfaserverstärkte Polyamide, Polyvinylchlorid, Polyvinylenfluorid, Cellulose Acetat, Cycloolefin-Copolymere, Flüssigkristallpolymere (LCP), Polylactid, Polyetherketone, Polyetherimid, Polyethersulfon, Polymethacrylmethylimid, Polymethylpenten, Polyphenylether, Polyphenylensulfid, Polyphthalamid, Polyurethane, Polyvinylacetat, Styrol Acrylnitril Copolymere, Polyacrylate bzw. Polymethacrylate, Polyoxymethylen, Acrylester-Styrol-Acrylnitril Copolymere, Polyethylen, Polystyrol, Polypropylen und/oder Polyester wie zum Beispiel Polybutylenterephthalate(PBT) und/oder Polyethylenterephthalat (PET).
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Substrate können lackiert, bedruckt, bedampft oder besputtert sein. Die zu verklebenden Substrate können jede beliebige Form annehmen, die für die Verwendung des resultierenden Verbundkörpers erforderlich ist. In der einfachsten Form sind die Substrate eben.
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Das erfindungsgemäße Folienlaminat liegt insbesondere in Form eines Haftklebebandes, und zwar eines doppelseitigen Haftklebebandes, vor.
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Der allgemeine Ausdruck „Klebeband“ (Haftklebeband), synonym auch „Klebestreifen“ (Haftklebestreifen), umfasst im Sinne dieser Erfindung alle flächigen Gebilde wie in zwei Dimensionen ausgedehnte Folien oder Folienabschnitte, Bänder mit ausgedehnter Länge und begrenzter Breite, Bandabschnitte und dergleichen, letztlich auch Stanzlinge oder Etiketten.
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Das Klebeband weist somit eine Längsausdehnung (x-Richtung) und eine Breitenausdehnung (y-Richtung) auf. Das Klebeband weist auch eine senkrecht zu beiden Ausdehnungen verlaufende Dicke (z-Richtung) auf, wobei die Breitenausdehnung und Längsausdehnung um ein Vielfaches größer sind als die Dicke. Die Dicke ist über die gesamte durch Länge und Breite bestimmte Flächenausdehnung des Klebebandes möglichst gleich, vorzugsweise exakt gleich.
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Zwecks Einstellens der Eigenschaften des doppelseitigen Klebebandes ist die Verwendung verschiedener Haftklebemasseschichten oder eine Kombination aus Klebemassen- und Trägerschichten möglich. Zu den Eigenschaften, die auf diese Weise beeinflusst werden können, zählen Dicke, Steifigkeit, Biegsamkeit, Temperaturbeständigkeit, Elastizität und Flammfestigkeit des Klebebandes. Es können für die beiden Haftklebemasseschichten jedoch auch die gleichen Haftklebemassen verwendet werden.
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Für das erfindungsgemäße Folienlaminat gibt es eine große Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Das Demontieren von Touchpanels wurde bereits genannt. Angesichts der großen Bedeutung von Mobiltelefonen ist dies ein besonders wichtiger Anwendungsbereich. Auf der einen Seite ist eine sehr starke und vor allem auch dichtende Verklebung der Displays von Mobiltelefonen gewünscht. Auf der anderen Seite ist es häufig eben doch erforderlich, das Display zu entfernen. Das erfindungsgemäße Folienlaminat ist für diesen Einsatzzweck bestens geeignet.
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Ein weiteres Einsatzgebiet für die vorliegende Erfindung sind Sicherheitslabel. Grundsätzlich ist es nicht gewünscht, dass Sicherheitslabel entfernbar sind. Allerdings gibt es auch Anwendungen, bei denen ein gewisser Sicherheitsgrad in Verbindung mit einer Entfernbarkeit unter bestimmten Umständen gewünscht ist. Durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung, die den Einsatz eines Lasers erfordert, ist eine einfache Entfernung nicht möglich, so dass ein gewisser Manipulationsschutz besteht. Mit entsprechendem technischem Aufwand kann das Label dann aber doch wieder gelöst werden.
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Auch bei der Verarbeitung von Material in Rollenform im sogenannten Splicing kann die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommen.
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Schließlich ist die sogenannte „Reworkability“ ein Thema, das zunehmend an Bedeutung gewinnt. Beispielsweise in der Automobilindustrie steigen die Anforderungen an eine sortenreine Entsorgung der Produkte am Ende ihres Lebenszyklus'. Daher ist es wichtig, dass Komponenten, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen, vor ihrer Entsorgung wieder in die einzelnen Komponenten getrennt werden müssen, auch wenn diese Komponenten vorher „untrennbar“ miteinander verbunden waren. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine sehr feste und dauerhafte Verbindung von unterschiedlichen Komponenten und lässt dennoch deren Trennung auf Anforderung zu.
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Im Folgenden wird die Erfindung durch ein Beispiel näher erläutert, ohne die Erfindung damit einschränken zu wollen.
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Beispiel
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Es wird ein FAYb (Faserlaser)-Laser verwendet, der bei 1,06 µm emittiert. Hersteller des Lasers ist SUNX/Panasonic Electric Works. Der Laser wird unter der Bezeichnung LP-V10 vermarktet.
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Der Laser zeichnet sich durch folgende Parameter aus:
Panasonic LP-V10 Series |
Wellenlänge | 1060 nm |
Lasertyp | Y-Faserlaser |
Laserklasse | 4 |
Brennweite | 190 mm |
Markierfeld | 90 x 90 mm |
Lasermode | 12 Watt |
Laserleistung | single Mode |
Güteschalter | gepulst |
Strahlqualität | M2=1,2 |
Pulsspitzenleistung | 20 kW |
Pulsfrequenz | 1 - 200 Hz |
Pulsdauer | 30 ns |
Fokusgröße | 50 µm |
Ablenkgeschwindigkeit | 6000 mm/s |
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Zu der Herstellung eines erfindungsgemäßen Klebebandes wird eine metallisierte Folie der Firma Dunmore Europe GmbH, Freiburg verwendet, eine 75 µm PET-Folie mit einer einseitiger Metallschicht (-150 nm) mit einer OD1,2 (Bezeichnung: MV2174/1.
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Die Optische Dichte OD ist ein Maß, beschreibt, wie gut Licht bestimmter Wellenlängen durch einen Gegenstand blockiert wird. Sie beschreibt, wie viel Licht dieser Wellenlängen den Gegenstand trotzdem noch passiert.
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Die Optische Dichte ist durch die folgende Formel beschrieben:
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Um ein doppelseitiges Klebeband herzustellen wird auf die Folie jeweils auf beide Seiten die Klebmasse acrylatbasierte Klebemasse mit 25 g/m2 laminiert.
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Über eine Testmatrix aus Laserleistung, Frequenz und Ablenkgeschwindigkeit wird die optimale Sublimation der metallischen Schicht zwischen den beiden Klebmasseschichten eingestellt.
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Durch die entstehende materialfreie Zwischenschicht ist der Mehrschichtverbund getrennt. Durch die Sublimation und die folgende Kondensation des gasförmigen Metalldampfes auf der Klebmasse ist diese Oberfläche nicht mehr klebend. Damit kann der Verbund getrennt werden.
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Folgende Parameter werden am Laser eingestellt:
Parameter | |
Laser Power | 50% |
Scan speed | 1000 mm/sec. |
Laser Puls Cycle | 50 µs |
Line width | 0,1 mm |
Marking pitch | 0,1 mm |
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In der 1 ist der Aufbau des doppelseitigen Klebebandes 2 sowie die Verwendung desselben gezeigt. Das Klebeband 2 befindet sich zwischen zwei Substraten 11, 12, die hier beide aus Glasschichten bestehen.
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Das Klebeband 2 weist eine PET-Folie 22 auf, auf die eine metallische Schicht 23 aufgebracht ist. Auf den Träger aus PET-Folie 22 und metallische Schicht 23 sind ober- und unterseitig jeweils eine Haftklebemasseschicht 21, 24 aufgebracht.
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Der Laserstrahl 31 ablatiert die metallische Schicht 23, wodurch die darunter befindliche Haftklebemasseschicht 24 passiviert wird, was zu einem Klebkraftverlust führt.