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Hintergrund der Erfindung
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Graphitprodukt mit
durch ein Trennmedium abgetrenntem Haftkleber (PSA) und insbesondere
einen flexiblen Graphitschichtgegenstand mit durch ein Trennmedium
abgetrenntem PSA für
Anwendungen bei thermischen Schnittstellen, bei denen die thermischen
Eigenschaften des flexiblen Graphitschichtgegenstands durch einen
Haftkleber, der verwendet wird, um den flexiblen Graphit zu binden,
nicht wesentlich beeinflusst werden und wobei das Trennmedium leicht
ohne bedeutende Aufspaltung des flexiblen Graphits entfernt wird,
wenn die Schicht verwendet werden soll.
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2. Beschreibung des verwandten Fachgebiets
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Flexibler
Graphit ist ein bekanntes Material, das wegen seiner chemischen
Inertheit und der einzigartigen elektrischen und thermischen Leitungseigenschaften
in einer Vielzahl von industriellen, kommerziellen und Haushaltsanwendungen
eingesetzt wird. Er ist von besonderer Verwendung als Flachdichtungs-
oder Dichtungsmaterial in Kraftfahrzeugmotoren, Rohrleitungsflanschen
und Gefäßverbindungsstücken sowie
als feuerfester Belag für
Wände oder
Böden,
Filtervorrichtungen für
einen Heizluftsack für
Generatoren usw., wobei dünne,
flexible Graphitschichten zwischen typischerweise 2–70 mil (0,05–1,8 mm;
1 mil = 10–3 inch)
in verschiedene Größen geschnitten
werden, um das Produkt zu verwenden.
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Das
Verfahren zum Herstellen des flexiblen Graphits ist bekannt und
die typische Durchführung wird
in
U.S. Patent Nr. 3,404,061 von
Shane et al. beschrieben, dessen Offenbarung durch die Bezugnahme
hier eingeschlossen ist. Im allgemeinen werden Flocken von natürlichem
Graphit in einer Säurelösung interkaliert.
Nachdem die Flocken interkaliert sind, werden sie gewaschen und
getrocknet und anschließend
durch kurzzeitiges Einwirken einer hohen Temperatur oder unter einer
Flamme aufgeblättert. Dies
bewirkt, dass sich die Flocken in einer zu den Kristallebenen des
Graphits senkrechten Richtung ausdehnen oder aufblättern. Die
aufgeblätterten
Graphitflocken sind im Erscheinungsbild wurmförmig und werden deshalb üblicherweise
als Würmer
bezeichnet. Die Würmer
können
zu Schichten oder Folien gepresst werden, mit einer Dichte, welche
der theoretischen Dichte nahe kommt, wenngleich eine Dichte von
etwa 70 lb/ft
3 (1,1 g/cm
3;
1 lb/ft
3 = 0,01602 g/cm
3)
für die
meisten Anwendungen als typisch angesehen wird. Die Schichten des
flexiblen Graphits können
in jede beliebige, gewünschte
Konfiguration geschnitten werden, die für eine bestimmte Anwendung
geeignet ist.
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DE 1 803 931 A bezieht
sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer selbstklebenden Folie
aus gedehntem, gewalztem Graphit durch Aufbringen eines Klebestreifens
oder eines Klebeangusses auf beiden Seiten der Folie, dadurch gekennzeichnet, dass
der Klebestreifen auf beiden Seiten geleimt und auf einer Seite
mit der Graphitfolie verbunden wird (siehe Anspruch 1 von Druckschrift
(1)). Aus Beispiel 1 von Druckschrift (1) wird klar, dass die selbstklebende
Walzfolie aus drei Schichten besteht, die untereinander verleimt
sind, genauer gesagt aus einer Schicht (a) aus gedehntem, gewalztem
Graphit, einer Schicht (b) aus einer Polyethylenfolie und einer Schicht
(c) aus einem plastischen, waffelförmigen Material. Zum Aufbringen
der selbstklebenden Folie z. B. auf einem Stahlrohr wird das plastische
Material angehoben und die Folie mit der Leimschicht, die sich auf
dem Polyethylen befindet, auf das Stahlrohr geklebt (siehe Beispiel
1).
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GB 908 627 A offenbart
Folien aus Graphitfasern, welche mit einem Klebstoff imprägniert oder beschichtet
sind zum Verkleben von Metallteilen.
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EP 0 616 884 A2 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtstoffes bestehend aus
einer Lage Metall und einer Lage eines durch Verpressen von expandiertem
Graphit hergestellten Graphits, wobei die zu verbindenden Oberflächen mit
einer grenzflächenaktiven
Substanz benetzt werden und durch erhöhten Druck und Temperatur miteinander verbunden
werden. Die in der vorliegenden Anmeldung verwendete Haftprimerbeschichtung
ist in dieser Druckschrift nicht offenbart. Stattdessen lehrt
EP 0 616 884 die Verwendung
einer grenzflächenaktiven Substanz
als Benetzungsmittel. Diese ist jedoch nicht klebrig, sondern fungiert
als Haftvermittler zwischen Metalloberflächen und Graphit, dies jedoch erst,
wenn die zu verbindenden Oberflächen
eine gewisse Zeit lang bei erhöhter
Temperatur zusammengepresst werden (s. Spalte 4, Zeilen 36 bis 41).
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US 2 328 066 A offenbart
nur allgemein die Verwendung von Primern zwischen Träger und
Kleber.
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Neue
Anwendungen, bei denen ein Schichtmaterial mit niedrigem Wärmewiderstand
für Schnittstellen
erforderlich ist, schließen
thermische Verbindungsstücke
und Wärmeabführelemente
ein. Eine typische Verwendung besteht darin, einen Computerchip
mit einem Kühlmodul
thermisch zu verbinden. Flexibler Graphit ist wegen seines niedriger.
Wärmewiderstands
und seiner Fähigkeit,
sich Oberflächen, die
verbunden werden sollen, anzupassen, leicht für solche Anwendungen anwendbar,
insbesondere wenn eine oder beide Oberflächen nicht vollständig eben
sind. Selbstklebende flexible Graphitschichtgegenstände nach
dem Stand der Technik verwenden eine PSA-Rückseite mit einer Mylar®-Folie
als Klebstoffträger.
Dieser Typ von Bahnenmaterial ist jedoch für Anwendungen, in denen ein
niedriger Wärmewiderstand
erforderlich ist, nicht wünschenswert,
weil der Klebstoffträger
nicht geschnitten und einfach verarbeitet werden kann und der Klebstoffträger einen extrem
hohen Wärmewiderstand
besitzt. Zudem ist die doppelte Menge an Klebstoff notwendig, weil
der Klebstoff auf beiden Seiten der Mylar®-Trägerfolie
ist. Es fehlt dem Bahnenmaterial auch an mechanischer Integrität, weil
sich die Trägerfolie
und der Klebstoff typischerweise leicht vom flexiblen Graphitsubstrat trennen.
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Behält man die
Probleme und Mängel
nach dem Stand der Technik im Kopf, ist daher eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen flexiblen Graphitgegenstand mit durch ein Trennmedium
abgetrenntem Haftkleber und insbesondere einen Schichtgegenstand
für thermische
Schnittstellen mit einem niedrigen Wärmewiderstand bereitzustellen und
wobei das Trennmedium leicht ohne bedeutende Aufspaltung des flexiblen
Graphitsubstrats entfernt wird, wenn das Bahnenmaterial verwendet
werden soll.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Anfertigen eines flexiblen Graphitgegenstands mit durch ein
Trennmedium abgetrenntem Haftkleber, insbesondere einen Schichtgegenstand
für thermische
Schnittstellen mit einem niedrigen Wärmewiderstand bereitzustellen und
wobei das Trennmedium leicht ohne bedeutende Aufspaltung des flexiblen
Graphitsubstrats entfernt wird, wenn das Bahnenmaterial verwendet
werden soll.
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Noch
weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind zum Teil offensichtlich
und werden zum Teil aus der Beschreibung klar.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorstehenden und weitere Aufgaben und Vorteile, die Fachleuten klar
sind, werden in der vorliegenden Erfindung erreicht, die in einem
ersten Gesichtspunkt auf einen flexiblen Graphitgegenstand mit durch
ein Trennmedium abgetrenntem Haftkleber ausgerichtet ist, insbesondere
einen Schichtgegenstand für
thermische Schnittstellen mit einem niedrigen Wärmewiderstand, verglichen mit
einer Schicht aus flexiblem Graphit und Schichtgegenständen aus flexiblem
Graphit-PSA nach dem Stand der Technik und wobei das Trennmedium
leicht ohne bedeutende Aufspaltung des flexiblen Graphitsubstrats
entfernt wird, wenn das Bahnenmaterial verwendet werden soll, umfassend:
ein
flexibles Graphitsubstrat;
eine Haftprimerbeschichtung auf
der Substratoberfläche,
die an dem flexiblen Graphit haftet;
eine Haftkleberbeschichtung
auf der Haftprimerbeschichtung, die an der Haftprimerbeschichtung
haftet; und
ein Trennmedium auf der Haftkleberbeschichtung.
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In
einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung umfasst
der flexible Graphitgegenstand mit durch ein Trennmedium abgetrenntem Haftkleber
auf jeder Seite des flexiblen Graphitsubstrats eine Haftkleberbeschichtung,
wodurch ein flexibler Graphitgegenstand doppelseitig mit Haftkleber bereitgestellt
wird.
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In
einem weiteren erfindungsgemäßen Gesichtspunkt
wird ein Verfahren bereitgestellt zum Anfertigen eines flexiblen
Graphitgegenstand mit durch ein Trennmedium abgetrenntem Haftkleber,
einschließlich
Schichtgegenständen
für thermische Schnittstellen
mit einem niedrigen Wärmewiderstand,
verglichen mit einer Schicht aus flexibler Graphitschicht und Schichtgegenständen aus
flexiblem Graphit-PSA nach dem Stand der Technik, und wobei das
Trennmedium leicht ohne bedeutende Aufspaltung des flexiblen Graphitsubstrats
entfernt wird, wenn der Gegenstand verwendet werden soll, umfassend:
Bereitstellen
eines flexiblen Graphitsubstrats;
Auftragen einer Haftprimerbeschichtung
auf die Substratoberfläche,
die an dem flexiblen Graphit haftet;
Auftragen einer Haftkleberbeschichtung
auf die Haftprimerbeschichtung, um die Haftkleberbeschichtung an
die Haftprimerbeschichtung zu kleben; und
Auftragen eines Trennmediums
auf die Haftkleberbeschichtung.
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In
einem weiteren erfindungsgemäßen Gesichtspunkt
kann das Trennmedium als ein Haftkleber enthaltendes Übertragungsband
aufgetragen werden, das ein Überzugspapier,
ein Trennmaterial, wie Silikon, auf dem Überzugspapier und übertragbaren
Haftkleber auf dem Trennmaterial umfasst. Demzufolge können sowohl
der Haftkleber als auch das Trennmedium in einem Schritt aufgetragen
werden, wodurch der erfindungsgemäße Schichtgegenstand erzeugt
wird.
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In
einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum Verwenden des flexiblen Graphitgegenstands mit
durch ein Trennmedium abgetrenntem Haftkleber, umfassend Entfernen
des Trennmediums von der Haftkleberoberfläche und anschließend Pressen
des Gegenstands auf eine Oberfläche,
mit welcher der Gegenstand verbunden werden soll.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Merkmale der Erfindung und die für
die Erfindung charakteristischen Elemente werden in den beigefügten Ansprüchen genau
aufgeführt.
Die Figuren dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sind
nicht maßstäblich gezeichnet.
Jedoch kann die Erfindung selbst, was sowohl die Organisation als
auch die Betriebsweise betrifft, am besten unter Bezug auf die folgende,
ausführliche
Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden
werden, in denen:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen flexiblen Graphitschichtgegen stands
mit Haftkleber ist.
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2 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen flexiblen Graphitschichtgegenstands
doppelseitig mit Haftkleber ist.
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3 ein
schematisches Diagramm ist, das den Zusammenhang zwischen den Eigenschaften des
Wärmewiderstands
und der Haftkleberbedeckung auf der Oberfläche des flexiblen Graphits
eines erfindungsgemäßen flexiblen
Graphitschichtgegenstands mit Haftkleber zeigt.
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4A eine
Draufsicht eines erfindungsgemäßen flexiblen
Graphitschichtgegenstands mit Haftkleber ist, der ein quadratisches
Netzmuster des Haftklebers auf der Flachdichtung besitzt.
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4B eine
Seitenansicht der Flachdichtung von 4A ist.
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5 eine
Draufsicht eines erfindungsgemäßen flexiblen
Graphitschichtgegenstands mit Haftkleber ist, der ein diagonales
Netzmuster der Haftkleberbeschichtung auf der Flachdichtung besitzt.
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6 eine
Draufsicht eines erfindungsgemäßen flexiblen
Graphitschichtgegenstands mit Haftkleber ist, der ein aufgedrucktes
buchstabenförmiges Klebstoffmuster
auf der Schicht besitzt.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
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Bei
der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird hier auf die 1 bis 6 der
Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Ziffern sich auf gleiche Merkmale
der Erfindung beziehen. Die erfindungsgemäßen Merkmale werden in den
Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstäblich gezeigt.
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Wie
in
U.S. Patent. Nr. 5,176,863 beschrieben,
dessen Offenbarung durch die Bezugnahme hier eingeschlossen ist,
ist Graphit eine kristalline Form von Kohlenstoff, umfassend Atome,
die in planen, geschichteten Ebenen gebunden sind mit schwächeren Bindungen
zwischen den Ebenen. Durch Behandeln der Graphitteilchen, wie natürliche Graphitflocken,
mit einem Interkalationsmittel aus z. B. einer Lösung von Schwefel- und Salpetersäure, reagiert
die Kristallstruktur des Graphits zu einer Verbindung von Graphit
und dem Interkalationsmittel. Die behandelten Graphitteilchen werden
hier nachstehend als „interkalierte
Graphitteilchen” bezeichnet.
Beim Einwirken einer hohen Temperatur dehnen sich die interkalierten
Graphitteilchen in Ausmaßen des
sogar 80- oder mehrfachen ihres ursprünglichen Volumen in Akkordeon-artiger
Weise in der c-Richtung aus, d. h. in der zu den Kristallebenen
des Graphits senkrechten Richtung. Die aufgeblätterten Graphitteilchen sind
im Erscheinungsbild wurmförmig und
werden deshalb üblicherweise
als Würmer
bezeichnet. Die Würmer
können
zu flexiblen Schichten zusammengepresst werden, die anders als die
ursprünglichen
Graphitflocken geformt und in verschiedene Gestalt geschnitten werden
können.
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Ein übliches
Verfahren zum Herstellen von Graphitfolie aus flexiblem Graphit
wird von Shane et al. in
U.S.
Patent Nr. 3,404,061 beschrieben, dessen Offenbarung durch
die Bezugnahme hier auch eingeschlossen ist. Bei der typischen Durchführung des Verfahrens
von Shane et al. werden natürliche
Graphitflocken interkaliert, indem die Flocken in einer Lösung dispergiert
werden, die ein Oxidationsmittel aus z. B. einem Gemisch von Salpetersäure und
Schwefelsäure
enthält.
Die Interkalationslösung
enthält
auf dem Fachgebiet bekannte Oxidationsmittel und andere Interkalationsmittel.
Beispiele schließen
diejenigen ein, welche Oxidationsmittel und oxidierende Gemische
enthalten, wie Lösungen,
die Salpetersäure,
Kaliumchlorat, Chromsäure,
Kaliumpermanganat, Kaliumchromat, Kaliumdichromat, Perchlorsäure und dergleichen
enthalten, oder Gemische, wie beispielsweise konzentrierte Salpetersäure und
Chlorat, Chromsäure
und Phosphorsäure,
Schwefelsäure und
Salpetersäure,
oder Gemische einer starken organischen Säure, z. B. Trifluoressigsäure, und
eines starken Oxidationsmittels, das in der organischen Säure löslich ist.
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Ein
bevorzugtes Interkalationsmittel ist eine Lösung eines Gemischs von Schwefelsäure oder Schwefelsäure und
Phosphorsäure
und einem Oxidationsmittel, d. h. Salpetersäure, Perchlorsäure, Chromsäure, Kaliumpermanganat,
Wasserstoffperoxid, Iod- oder
Periodsäure
oder dergleichen. Wenngleich weniger bevorzugt, können die
Interkalationslösungen
Metallhalogenide, wie Eisen(III)chlorid und mit Schwefelsäure gemischtes
Eisen(III)chlorid, oder ein Halogen, wie Brom als Lösung von
Brom und Schwefelsäure
oder Brom in einem organischen Lösungsmittel,
enthalten.
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Nachdem
die Flocken interkaliert sind, wird überschüssige Lösung von den Flocken abgelassen. Die
auf den Flocken nach dem Ablassen zurückgehaltene Menge der Interkalationslösung ist
typischerweise größer als
100 Gewichtsteile Lösung
je 100 Gewichtsteile Graphitflocken (pph) und noch typischer etwa
100 bis 150 pph. Nach dem Waschen mit Wasser werden die interkalierten
Graphitflocken getrocknet und anschließend zu flexiblem Graphit aufgeblättert, indem
auf sie lediglich für
wenige Sekunden eine Flamme oder Hitze einwirkt, mit einer Temperatur,
die typischerweise größer als
700°C ist,
noch typischer 1000°C
oder höher.
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Die
Menge der Interkalationslösung
kann auf zwischen 10 bis 50 Gewichtsteile Lösung je 100 Gewichtsteile Graphit
(pph) begrenzt sein, wodurch es möglich wird, den Waschschritt
zu unterlassen, wie in
U.S. Patent
Nr. 4,895,713 gelehrt und beschrieben, dessen Offenbarung
durch die Bezugnahme hier auch eingeschlossen ist. Die aufgeblätterten
Graphitteilchen oder -würmer
werden dann zusammengepresst und zu einer dicht gepressten, flexiblen
Graphitfolienschicht mit der gewünschten
Dichte und Dicke gewalzt. Geeignete Aufblätterungsverfahren und Verfahren
zum Zusammenpressen der aufgeblätterten
Graphitteilchen zu dünnen
Folien werden im vorstehend erwähnten
U.S. Patent Nr. 3,404,061 von Shane
et al. offenbart. Es ist üblich,
die aufgeblätterten
Würmer
in Stufen zu walzen und zusammenzupressen, wobei das Produkt der
ersten oder frühen Stufen
des Zusammenpressens auf dem Fachgebiet als „flexible Matte” bezeichnet
wird. Die flexible Matte wird anschließend ferner zu einer Schicht
oder einer Folie mit vorbestimmter Dicke und normaler Dichte zusammengepresst.
Eine flexible Graphitmatte kann zu einer dünnen Schicht oder Folie mit
zwischen 0,5–500
mil (0,013–13
mm), typischerweise 2–70
mil (0,05–1,8
mm) Dicke mit einer Dichte, die der theoretischen Dichte nahe kommt,
zusammengepresst werden, wenngleich eine Dichte von etwa 10 bis
100 lb/ft
3 (0,16–1,6 g/cm
3),
im allgemeinen etwa 70 lb/ft
3 (1,1 g/cm
3) für
die meisten Anwendungen annehmbar ist. Die zusammengepresste, flexible
Graphitschicht kann mechanisch verarbeitet werden (z. B. Walzen),
wodurch eine faltige Oberfläche
erzeugt wird oder eine geriffelte Schicht erzeugt wird.
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Es
ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dass eine Klebstoffbeschichtung
als Bindemittel zwischen dem flexiblen Graphitsubstrat und dem Haftkleber
(Englisch: pressure sensitive adhesive, PSA) des Schichtgegenstands
verwendet wird. Das flexible Graphitsubstrat kann eine plane Schicht,
z. B. glatt, oder eine faltige Schicht, eine geriffelte Schicht
usw. sein. Das Vorhandensein einer Klebstoffbeschichtung sorgt für Klebrigkeit
oder Klebfestigkeit für
die Bindung von sowohl dem PSA als auch dem flexiblen Graphit, wobei
die Klebfestigkeit eine saubere und gleichmäßige Trennung des Trennmediums
auf dem PSA vom PSA ermöglicht.
Ebenso wurde gefunden, dass die Verwendung der Haftprimerbeschichtung auch
die Aufspaltung des flexiblen Graphits während der Abtrennung des Trennmediums
vom PSA minimiert (d. h. Abziehen des Trennmediums von der flexiblen
Graphit-PSA-Flachdichtung, wenn das Bahnenmaterial einsatzbereit
ist). Zudem wurde gefunden, dass der Wärmewiderstand des flexiblen
Graphits des flexiblen Graphitbahnenmaterialgegenstands mit PSA
nicht durch das Vorhandensein einer Haftprimerbeschichtung und eines
Haftklebers wesentlich nachteilig beeinflusst wird, verglichen und gegenüber gestellt
zur Verwendung einer Kunststofffolie oder einer Kunststoffträgerschicht,
wie Mylar®,
in den Produkten nach dem Stand der Technik. Die Dicke der PSA-Beschichtung auf
dem Bahnenmaterial kann auch dünner
sein, verglichen mit den PSA-Folien
nach dem Stand der Technik, wenn eine Klebstoffträgerfolie,
wie Mylar®,
verwendet wird. Das Vorhandensein einer dünnen Haftprimerschicht schützt und unterstützt die
Oberflächenintegrität des flexiblen Graphitsubstrats,
insbesondere wenn dünne,
flexible Graphitschichten mit typischerweise weniger als etwa 15
mil (0,38 mm) verwendet werden.
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Das
flexible Graphitsubstrat kann jede beliebige, geeignete Dicke und
Dichte haben. Typischerweise betragen Bereiche der Dicke bzw. Dichte
etwa 3–100
mil (0,076–2,5
mm) bzw. 50–100
lb/ft3 (0,8–1,6 g/cm3).
Jedoch kann die Dichte im Bereich von 5 bis 137 lb/ft3 (0,08–2,2 g/cm3) und die Dicke von 0,1 mil bis 500 mil
(0,0025–13
mm) oder größer liegen.
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Die
Haftprimerbeschichtung kann eine beliebige, geeignete Klebstoffsubstanz,
anorganisch oder organisch, natürlich
oder synthetisch, sein, die zwei Oberflächen durch Oberflächenhaftung
verbinden kann. Die Haftprimerbeschichtung ist eine Emulsion und vorzugsweise
ein vermischtes oder unvermischtes Monomer oder synthetisches Harz,
das aus einem weiten Bereich von thermoplastischen oder hitzehärtbaren
Harzen ausgewählt
wird, einschließlich Phenolharzen,
Estern, Acrylharzen, Vinylacetat, Paraffinwachsen, Polyethylen und
Polypropylen.
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Ein
weiter Dickenbereich der Haftprimerbeschichtung kann eingesetzt
werden, wobei dünnere Beschichtungen
im allgemeinen besser für
Anwendungen geeignet sind, bei denen Eigenschaften eines niedrigen
Wärmewiderstands
erforderlich sind. Beispielhafte Dicken der Haftprimerbeschichtung
betragen im allgemeinen weniger als 2 mil (0,05 mm), typischerweise
weniger als 1 mil (0,025 mm) und am stärksten bevorzugt 0,5 mil bis
1 mil (0,013–0,025 mm),
z. B. 0,35 mil (0,0089 mm).
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Die
Primerbeschichtung kann auf eine Vielzahl von Weisen aufgetragen
werden, wie Sprühen, Immersion
(Eintauchen) usw., und wird vorzugsweise auf die Oberfläche des
flexiblen Graphitsubstrats walzbeschichtet, wobei ein Paar Walzen,
die Abstand aufweisen, oder Walzen (Kalandrierwalzen) mit horizontal-axialer
Ausrichtung verwendet werden, durch die der flexible Graphit geleitet
wird, und wird anschließend
mit dem Primer beschichtet. Der Haftprimer befindet sich auf einer
der Walzen, wenn eine einseitige Flachdichtung angefertigt wird.
Der Primer wird anschließend
durch übliches
Trocknen in einem Umluftofen bei einer erhöhten Temperatur von etwa 100°C für weniger
als 1 Minute in einen Klebstoffzustand umgeformt. Ein bevorzugtes
Material für
die Haftprimerbeschichtung ist wegen seiner gezeigten Wirksamkeit
ein Phenolharz/Latex-Klebstoff auf Wasserbasis, der 35,5% Feststoffe
enthält
und einen pH-Wert von etwa 9, eine Viskosität von 25 cps (0,025 Pa·s) (ASTM
1084-63, bezogen auf Brookfield LV #1/60RPM bei 25°C) und eine
Dichte von 8,73 lb/gal (1,05 g/cm3) besitzt.
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Der
Haftkleber kann ein beliebiger einer Anzahl von im Handel erhältlichen
Haftklebern sein, wie auf dem Fachgebiet bekannt. Die Dicke der PSA-Schicht
kann stark schwanken und liegt typischerweise im Bereich von 0,1
mil bis 3 mil (0,0025–0,075
mm). Wegen seiner gezeigten Wirksamkeit ist ein bevorzugter PSA
eine nicht auf einem Träger
aufgebrachte Acrylharz-PSA-Folie, die im Handel als IF 3052 (Version
mit 1 mil (0,025 mm) Dicke) erhältlich
ist und von Mac Tac, Stow, Ohio verkauft wird. Der PSA-Klebstoff
kann anschließend
auf die Haftprimerbeschichtung durch eine typische, mit Kautschuk
beschichtete Kalandrierstation aufgetragen werden. Die PSA-Beschichtung
kann auch auf die Primerbeschichtung auf dem flexiblen Graphitsubstrat
durch ein beliebiges geeignetes Verfahren wie für die Primerbeschichtung aufgetragen
werden, wie Walzbeschichtung.
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Ein
beliebiges geeignetes Klebstoff-Trennmedium kann eingesetzt werden,
wie mit Silikon beschichtetes Kraftpapier und Polyethylenfolie.
Die Dicke bzw. Dichte eines Trennmediums kann gleichfalls stark
schwanken, typischerweise in einem Bereich von 1 mil bis 10 mil
(0,025–0,25
mm) bzw. 50–100 lb/ft3 (0,8–1,6
g/cm3). Das Trennmedium kann auf die Haftkleberbeschichtung
durch Walzbeschichten aufgetragen werden. Typischerweise wird das
Trennmedium als ein Klebstoff-Übertragungsband
bereitgestellt, das eine PSA-Beschichtung
enthält,
die auf die Haftprimerbeschichtung übertragen wird. Das Band wird
auf die Haftprimerschicht typischerweise durch Walzen aufgetragen,
wodurch das fertiggestellte Schichtprodukt erzeugt wird.
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Grob
gesagt kann der erfindungsgemäße flexible
Graphitschichtgegenstand mit durch ein Trennmedium abgetrenntem
PSA angefertigt werden, indem eine Beschichtung eines Haftprimermaterials durch
Sprühen,
Immersion, Walzen usw. des Klebstoffs auf die Oberfläche des
flexiblen Graphitsubstrats aufgetragen wird. In gleicher Weise wird
dann der PSA durch Walzen oder unter Verwendung eines Trennmedium-PSA-Übertragungsbandes,
wie vorstehend beschrieben, aufgetragen, wodurch das fertige Produkt
bereitgestellt wird. Alle vorstehenden Schritte können in
der gleichen Arbeitsabfolge durchgeführt, indem z. B. eine Reihe
von Walzen und Zuführmechanismen
verwendet werden.
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Nun
beziehen wir uns auf die Figuren. 1 zeigt
allgemein als 10 einen erfindungsgemäßen, einseitigen flexiblen
Graphitschichtgegenstand mit durch ein Trennmedium abgetrenntem
PSA. Die Schicht 10 umfasst ein flexibles Graphitsubstrat 11 mit
einer Beschichtung 12 eines Haftprimermaterials. Auf der
Primerbeschichtung 12 ist eine PSA-Beschichtung 13. Ein Trennmedium 14 befindet
sich auf der Oberseite der PSA-Beschichtung
und wird dargestellt, wie sie von der PSA-Beschichtung 13 abgezogen
(entfernt) wurde, indem daran in Richtung des Pfeils gezogen wird,
wodurch das Trennmedium 14 entfernt wird und die PSA-Beschichtung 13 auf
der Haftprimerbeschichtung 12 zurückbleibt.
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Was 2 betrifft,
wird allgemein als 19 ein erfindungsgemäßer, zweiseitiger flexibler
Graphitschichtgegenstand mit durch ein Trennmedium abgetrenntem
Haftkleber gezeigt. Das zweiseitige Bahnenmaterial 19 weist
ein zentrales flexibles Graphitsubstrat 11 auf. Auf jeder
Seite des flexiblen Graphitsubstrats 11 befindet sich in
dieser Reihenfolge eine Haftprimerbeschichtung 12a und 12b,
eine PSA-Beschichtung 13a und 13b und ein Trennmedium 14a und 14b.
Beide Trennmedien 14a und 14b werden dargestellt,
wie sie in Richtung des Pfeils von der PSA-Beschichtung abgezogen
sind, wobei die PSA-Beschichtungen
auf den Haftprimerbeschichtungen zurückbleiben.
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3 zeigt
ein schematisches Diagramm des Wärmewiderstands
eines erfindungsgemäßen Schichtgegenstands
gegenüber
der prozentualen Haftkleberbedeckung auf der Oberfläche der
Schicht. Es ist zu sehen, dass je mehr der Haftkleber die Oberfläche der
Schicht bedeckt, der Wärmewiderstand
der Schicht in im wesentlichen linearer Beziehung zunimmt. Es ist
ein wichtiges Merkmal der Erfindung, dass durch Verwendung einer
Haftprimerbeschichtung eine kleinere Menge an PSA als nach dem Stand
der Technik, wie vorstehend beschrieben, verwendet werden kann,
um die für
wirksame thermische Schnittstellenanwendungen notwendigen Klebstoffeigenschaften
bereitzustellen, während
dennoch niedrige Wärmewiderstandseigenschaften
der Schicht bereitgestellt werden, die den Wärmewiderstands eigenschaften
einer planen flexiblen Graphitschicht vergleichbar sind, insbesondere
wenn mit Schichtprodukten nach dem Stand der Technik verglichen
wird. Dies wird beim Stand der Technik nicht gefunden, wenn eine
Folie aus Mylar® oder
eine andere Polymerfolie als Träger
für den
PSA verwendet wird.
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Was
die 4A und 4B betrifft,
wird allgemein als 15 eine Draufsicht einer Schicht ohne
ein Trennmedium gezeigt und umfasst ein flexibles Graphitsubstrat 16,
eine Primerbeschichtung 17 und eine PSA-Beschichtung 18a und 18b in
Form von querlaufenden netzartigen PSA-Linien. Der Klebstoff bedeckt
nur einen Teil, d. h. 10–80%,
typischerweise 20–60%
der Oberfläche
der Schicht 15, woraus ein niedrigerer Wärmewiderstand
der Schicht resultiert, wie in 3 gezeigt.
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5 zeigt
eine weitere flexible Graphitschicht mit Haftkleber, die mit einem
diagonalen, netzförmigen
Muster des PSA-Materials gemustert ist. Demgemäß besitzt die allgemein als 15 gezeigte Schicht
eine Haftprimerbeschichtung 17 mit netzförmigen Haftkleberlinien 18 darauf.
In ähnlicher
Weise wird in 6 eine flexible Schicht 15 gezeigt,
die eine Haftprimerbeschichtung 17 mit einem Haftkleber 18 darauf
in Form von Buchstaben aufweist.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf die folgenden
speziellen Beispiele illustriert. Es ist jedoch klar, dass derartige
Beispiele lediglich zum Zweck der Veranschaulichung angegeben werden und
die vorliegende Erfindung in keiner Weise als dadurch begrenzt anzusehen
ist.
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Beispiel 1
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Eine
flexible Graphitschicht mit etwa 5 mil (0,13 mm) Dicke und 70 lb/ft3 (1,1 g/cm3) Dichte
wurde bei einer Harzdicke von etwa 0,35 mil (0,0089 mm) mit einem
modifizierten Phenolharz auf Wasserbasis wie vorstehend beschrieben
walzbeschichtet. Das Harz liegt in Form einer Emulsion auf Wasserbasis
vor und wird bei einer Temperatur von etwa 23°C (Zimmertemperatur) aufgetragen.
Der mit Harz beschichtete, flexible Graphit wird bei etwa 100°C für weniger
als 1 Minute getrocknet, wodurch auf dem flexiblen Graphit eine
Haftprimerbeschichtung erzeugt wird. Die mit Phenolharz beschichtete,
flexible Graphitschicht wurde anschließend mit einem Acrylharz-PSA-Übertragungsband
beschichtet (laminiert), indem das Übertragungsband auf die Substratwalze aufgetragen
wurde. Das Übertragungsband
ist ein mit Silikon beschichtetes Kraft-Trennpapier mit einer PSA-Beschichtung. Die
PSA-Beschichtung haftet an der Phenolharz-Haftprimerbeschichtung.
Der Wärmewiderstand
der Schicht beträgt
etwa 0,16°C
in2/W (103 K m2/W).
Dieser Wert des Wärmewiderstands beträgt etwa
30% eines typischen Wärmewiderstands
für eine
5 mil (0,13 mm) dicke flexible Graphithaftkleberschicht, bei der
eine Mylar-Folie verwendet wird (bei einer Mylar-Folie wird ein
Doppelklebeband verwendet, um die Mylar-Trägerfolie an den flexiblen Graphit
zu kleben). Eine flexible Graphitschicht von etwa 5 mil (0,13 mm)
besitzt einen Wärmewiderstand von
etwa 0,03°C
in2/W (19 K m2/W).
Demzufolge ist zu sehen, dass der Wärmewiderstand von 0,16°C in2/W (103 K m2/W)
des erfindungsgemäßen Produkts
viel besser ist als der Wärmewiderstand
von etwa 0,5°C
in2/W (320 K m2/W)
der Mylar-Produkte nach
dem Stand der Technik. Die flexible Graphitschicht war, wenn sie
von dem Überzugspapier
abgezogen wurde, glatt und knitterfrei, wodurch ausgezeichnete mechanische
Integrität
der Oberfläche
und kein Aufspalten des flexiblen Graphitsubstrats angezeigt wird.
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Beispiel 2
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Der
Gesamtwärmewiderstand
eines erfindungsgemäßen flexiblen
Graphitschichtprodukts mit PSA wird durch die Verringerung der Bedeckungsfläche des
Klebstoffs auf der Folie, wie in 3 gezeigt, wesentlich
verringert. Beispielsweise ist der Wärmewiderstand einer flexiblen
Graphitschicht mit etwa 20% Klebstoffbedeckung um etwa 80% niedriger
als derjenige einer Schicht, die vollständig mit einem PSA-Material
bedeckt ist. Messergebnisse bestätigen,
dass der Wärmewiderstand
der Schnittstellen zwischen zwei flexiblen Graphitschichten vernachlässigbar
ist, was zur Super-Anpassungsfähigkeit beiträgt. Der
Haftkleber kann auf die grundierte, flexible Graphitschicht entweder
durch Siebdruck oder durch vorgemusterte Klebstoffwalzenlaminierung
gelegt werden. Beispiele für
solche gedruckten PSA-Musterbeschichtungen
sind in den 4A, 5 und 6 aufgeführt.