DE69223143T2

DE69223143T2 - Flexibler, transparente film fuer elektromagnetische abschirung

Info

Publication number: DE69223143T2
Application number: DE69223143T
Authority: DE
Inventors: Santosh Saint Paul Mi 55133-3427 Collison; Vijay A. Saint Paul Mi 55133-3427 Kumar; Orville M. Saint Paul Mi 55133-3427 Wiste
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2012-05-27
Also published as: MX9203606A; IL102103A0; HK1005334A1; JPH06508572A; CA2112467A1; WO1993000221A1; IL102103A; KR100220535B1; DE69223143D1; BR9206204A; EP0591317A1; EP0591317B1; SG49223A1; ES2109359T3

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verpackungsmaterialien von Erzeugnissen, die gegenüber statischen elektrischen Feldern und Entladung empfindlich sind, und betrifft speziell eine flexible, transparente Folie (sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung), die elektrostatische Felder abschirmt und außerdem gegenüber triboelektrischer Erzeugung statischer Ladungen beständig ist und für die rasche Ableitung derartiger Ladungen sorgt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Elektrostatische Entladung, sowie die bloße Anwesenheit eines statischen elektrischen Feldes können für empfindliche elektronische Teile außerordentlich schädlich sein. Dieses gilt besonders für moderne Halbleiter und Integrierte Schaltkreise, die durch den Aufbau statischer Elektrizität am Arbeitsplatz beeinträchtigt oder zerstört werden können. Besonders können empfindliche Bauelemente schwerwiegend durch ein elektrisches Potential bis herab zu 50 Volt beeinträchtigt werden, wobei schon der einfache Vorgang des Laufens gezeigt hat, daß ein Potential von 30.000 Volt oder mehr triboelektrisch erzeugt werden kann.
Eine der am meisten verbreiteten Methoden zum Schutz elektronischer Bauelemente besteht bei ihrer Lagerung, Versand und Transport unter Verwendung von Beuteln, Säcken, Versandkästen oder anderer Verpackung, die aus Materialien zusammengesetzt sind, die eine Abschirmung gegen elektrostatische Felder und andere elektromagnetische Beeinflussungen gewähren. Diese Materialien können zusätzlich für die rasche Verteilung elektrostatischer Ladungen sorgen, die auf die Verpackung aufgebracht werden und/oder eine Beschichtung aufweisen, mit der die triboelektrische Aufladung an der Oberfläche der Verpackung verhindert oder auf ein Minimum herabgesetzt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Folie, die zu einer einen solchen Schutz gewährenden Verpackung verarbeitet werden kann, und bezieht sich auf ein Verfahren zur - Herstellung einer solchen Folie.
Die Hauptaufgabe dieser Folien besteht im Schutz gegenüber statischen elektrischen Feldern. Dieses wird normalerweise dadurch erreicht, daß eine leitfähige Schicht auf der Folie ausgebildet oder darin leitfähige Materialien verteilt werden, womit ein wirksamer Faraday'scher Käfig geschaffen wird. Ein Beispiel für ein eher kompliziertes Verfahren zur Erzeugung einer abschirmenden Folie wurde in der US-P-4 645 566 von Kato et al. offenbart. Es wird eine thermoplastische, synthetische Pulpe mit Mischfasern und leitfähigen Fasern gemischt und ergibt einen Faserstoff vom Papiertyp. Diese Faserstoffmasse kann zu einer Bahn geformt werden, wobei, wenn es erhitzt und bei geeigneten Temperaturen getrocknet wird, die Pulpe schmilzt und ein Flächengebilde hinterläßt, das über ein Netzwerk von darin verteilten leitfähigen Fasern verfügt. Weitere Verfahren unter Verwendung einer Pulpe von polymeren und leitfähigen Komponenten wurden in den JP-A-60-210667; 60-257234 und 62-42499 (Kokai) diskutiert.
Die Verwendung einer Warenbahn als Träger zur Schaffung einer leitfähigen Zwischenlage ist üblich. In den US-P-4 939 027 und 4 983 452, beide von Daimon et al., wird ein formbares Flächengebilde zum statischen Abschirmen erzeugt, indem man zunächst eine Vliesstoffbahn erhält, die leitfähige Fasern und thermoplastische Fasern aufweist. Die Bahn kann alternativ durch unregelmäßiges Verzwirnen einer leitfähigen Faser mit einer Holmelt-Klebstoffaser erzeugt werden. Die Bahn wird zwischen zwei thermoplastischen Folien gelegt und erhitzt. Dieses verklebt die Folien mit der Bahn und bewirkt darüber hinaus, daß die thermoplastischen Fasern in der Bahn schmelzen und sich mit den Folien verbinden, so daß eine eingebettete Lage von leitfähigen Fasern zurückbleibt. Andere Methoden unter Einsatz einer Bahn oder eines textilen Flächengebildes wurden in den JP-A-60-34099; 60-143699; 62-47200; 62-122300; 62-275727 und 62-276297 (Kokai) offenbart.
Zusätzlich zur Schaffung einer elektrostatischen Abschirmung können diese Folien behandelt werden, um für eine rasche Verteilung der statischen Ladungen zu sorgen und um darüber hinaus die triboelektrische Erzeugung solcher Ladungen auf ein Minimum herabzusetzen. Nach einem Standard des "American National Standards Institute", EIA Standard 541 ("Packaging Material Standards for ESD Sensitive Items", veröffentlicht Juni 1988) wird die erste dieser Eigenschaften als statisch-dissipativ und die letztere als antistatisch bezeichnet. Beispielsweise wird in der US-P-4 623 594 von A. Keough die Verwendung einer durch Elektronenstrahl vernetzbaren Harzzusammensetzung gelehrt, die auf ein Substrat aufgebracht werden kann und bewirkt, daß die antistatischen Eigenschaften beim Vernetzen durch das Substrat wandern.
Eines der Produkte, die die Eigenschaften der elektrostatischen Abschirmung, der statischen Dissipation und des triboelektrischen Aufladungswiderstandes vereint, wurde in den US-P-4 154 344 und 4 156 751, beide von Yenni et al., beschrieben. In diesen Patentschriften wird ein flächiges Material beschreiben, das erzeugt wird, indem zunächst ein leitfähiges Material, wie beispielsweise Nickel, auf eine der Oberflächen eines biaxial orientierten Polymer-Substrats, nämlich Polyester, aufgebracht wird. Auf die exponierte Nickeloberfläche wird sodann im Lösemittelprozeß eine Schutzschicht aufgetragen. Auf die gegenüberliegende Oberfläche der Polyester-Folie wird eine Folie aus einem heißsiegelfähigen Material (Polyethylen) extrudiert. Das extrudierte Polyethylen kann antistatisches Material (wie beispielsweise quaternäre Ammonium-Verbindungen) einschließen oder selbst mit derartigen antistatischen Mitteln beschichtet sein. Es können andere leitfähige Materialien, wie beispielsweise Kunststoffe mit Kohlenstoff-Füllung, für die metallische Beschichtung ersetzt werden.
Ein ähnliches Produkt und Verfahren wurden in der US-P-4 756 414 von C. Mott beschrieben, und zwar mit der Ausnahme, daß die leitfähige Schicht zwischen dem heißsiegelfähigen Kunststoff und der zweiten Kunststofflage geschaffen wird. Die leitfähige Schicht wird entweder nach der Methode der Vakuumbedampfung oder des Sputterns aufgetragen. Die zwei Kunststofflagen können unter Verwendung eines warmhärtbaren Klebstoffes vereint werden. Siehe hierzu auch die JP-P-38398/89 (Kokoku). In der US-P-4 875 581 von Ray et al. wird ein dielektrisches Material zwischen den zwei Kunststofflagen angeordnet und darüber hinaus eine leitfähige Lage, wobei die äußere elastomere Lage der Folie Additive einschließt, durch die sie statisch-dissipativ wird. Noch kompliziertere Verfahren und daraus resultierende Strukturen sind bekannt, wie beispielsweise die in der US-P-4 906 494 von Babinec et al. diskutierte Folie, bei eine zweilagige Schicht eingesetzt wird, die ein Polyolefin und ein Copolymer aus Ethylen/Acrylsäure und Ethylen/Vinylacetat aufweist. Bei Babinec werden die Lagen unter Verwendung eines Klebstoffes oder durch laminieren zwischen heißen Walzen vereinigt.
Eine weitere laminierte Folie wurde in der US-P-3 888 711 von W. Breitner offenbart. Obgleich diese Folie hauptsächlich für den Gebrauch als ein beheizbares Fenster oder Alarmglas vorgesehen ist, gibt Breitner an, daß sie auch für die Abschirmung gegen elektromagnetische Störung verwendet werden kann. Bei dem zur Anwendung gelangenden Laminierungsprozeß wird ein Gewirk von thermoplastischen und gleitfähigen Filamenten benötigt, das auf ein Flächengebilde aus thermoplastischem Material aufgebracht wird. Die thermoplastischen Filamente sind vorzugsweise aus den gleichen Materialien wie das thermoplastische Flächengebilde aufgebaut; wobei sich die thermoplastischen Filamente mindestens mit dem Flächengebilde verschmelzen lassen sollten. Wenn das Flächengebilde durch die beheizten Walzen gegeben wird, verschmelzen die thermoplastischen Filamente mit dem Flächengebilde und hinterlassen ein Netzwerk von leitfähigen Filamenten und bilden eine Vielzahl von miteinander verbundenen leitfähigen Bahnen. Vor dem Heißwalzen kann auf die Oberseite des Netzwerkes eine Decklage aufgelegt werden. Eine andere Laminierungsmethode (unter Verwendung von leitfähigen Fasersträngen anstelle einer Bahn) wird in der JP-A-60-81900 (Kokai) dargestellt.
Jede der vorgenannten Methoden hat ihre Nachteile. Als erstes und vor allem geht es um die geringe Durchlässigkeit von sichtbarem Licht ("Transmissionsgrad") durch diese Folien und die aus ihnen erzeugte Verpackung unabhängig davon, ob sie auf Metallschichten, Kohlenstoff-Füllung oder Filamentnetzwerken beruhen. Früher bedeutende die Erhöhung des Transmissionsgrades eine Einbuße im statischen Abschirmvermögen. Der beste, von allen vorgenannten Verfahren beanspruchte Transmissionsgrad beträgt 60 %, obgleich es sich erwiesen hat, daß dieser auf Fertigungsebene schwer zu erreichen ist. Obgleich es bei diesem Wert des Transmissionsgrades möglich ist, die allgemeine Beschaffenheit der in der Verpackung enthaltenden Artikel visuell zu inspizieren, wird dabei außerdem keine ausreichende Lesbarkeit erreicht, d.h. ein Aufdruck auf den Artikel in der Verpackung ist nicht mehr zu lesen, speziell wenn der Aufdruck nicht dicht an der Innenseite der Folie anliegt.
In Bezug auf die unter Verwendung von Bahnen, textilen Flächengebilden oder Pulpe erzeugten Folien sind solche Verfahren in der Regel komplizierter und damit kostspieliger, wobei sie oftmals auch gefährlichen Metallstaub erzeugen. Die resultierenden Folien haben in der Regel sogar einen geringeren Transmissionsgrad als Metallbeschichtungen, wobei bei derartigen Beschichtungsverfahren auch erhebliche Kosten hinzukommen. Folien vom Pulpe-Typ sind durch ihre Dicke leitfähig und erfordern somit zusätzliche Verfahrensschritte zur Isolierung ihrer Oberflächen. Wie von Kato et al. ausgeführt wird, verfügen Folien, die aus diesen Verfahren resultieren, außerdem über ein schlechteres physikalisches und chemisches Binden, was zu geringer Zug-, Reiß- und Oberflächenfestigkeit führt.
Mit einem dünnen, leitfähigen Fadennetzwerk könnten viele dieser Probleme überwunden werden, jedoch war es in der Vergangenheit schwierig, ein solches Netzwerk ohne die Verwendung von Warenbahnen oder Pulpe anzuwenden. Breitner führt aus, daß die Anwendung von Metallstreifen arbeitsintensiv ist, sein Prozeß jedoch eine speziell vorgefertigte Wirkware erfordert (oder spezielle Maschinen zur direkten Aufbringung von Filamenten auf die Folie). Breitner nennt ferner die Schwierigkeiten der Verwendung sehr dünner leitfähiger Filamente, die zu bevorzugen wären, da sie das Transmissionsvermögen durch das Netzwerk verbessern würden. Ein weiteres Problem bei den Folien zum statischen Abschirmen unter Verwendung von Filamenten besteht darin, daß das Netzwerk relativ dicht sein muß, was das Transmissionsvermögen beeinträchtigt. Beispielsweise lehren Dalnon et al. (US-P-4 939 027), daß das Netzwerk eine Mindestdichte von 15 g/m² haben muß. Schließlich führt das Zwischenschalten eines leitfähigen Netzwerkes zwischen zwei polymeren Lagen oftmals zu Kräuselungen und/oder Hohlräumen an der Grenzfläche, wo die Filamente liegen. Dieses beeinträchtigt das Transmissionsvermögen und die Lesbarkeit und kann auch die Wahrscheinlichkeit einer Schichtentrennung erhöhen.
Mehrere der vorgenannten Beschränkungen wurden durch das in der US-A-07/270 532 (D. Koskenmaki), übertragen an die Minnesota Mining and Manufacturing Co. (3M), als Rechtsschutzerwerber der vorliegenden Erfindung, überwunden. In diesem Verfahren, bei dem es sich wahrscheinlich um den nächstliegenden Stand der Technik handelt, werden geschmolzene Faserbündel aus leitfähigem Material direkt auf das Polymer-Substrat aufgespritzt, das dann weiter laminiert werden kann. Nichtsdestoweniger ist die Anlage, die zur Erzeugung geschmolzener Filamente benötigt wird, relativ kostspielig und bietet eindeutige Gefährdungen. Da die exemplarischen laminierten Folien von Koskenmaki außerdem eine Grenzfläche an dem Filamentnetzwerk erzeugen, haben sie mit größerer Wahrscheinlichkeit Kräuselungen und/oder Hohlräume und sind gegenüber einer Schichttrennung an der Grenzfläche stärker anfällig. Es wäre daher wünschenswert und vorteilhaft, eine Folie zum statischen Abschirmen herzustellen, indem ein sehr dünnes Netzwerk von dünnen leitfähigen Filamenten auf ein polymeres Flächengebilde aufgebracht wird, um ein verbessertes Transmissionsvermögen und verbesserte Lesbarkeit zu erzielen, wobei die Filamente ferner derart in einer polymeren Schicht suspendiert sind, daß es keine erkennbare Grenzfläche gibt, die die Filamente umgibt, selbst wenn diese ein im wesentlichen zweidimensionales leitfähiges Netzwerk bilden. Die Filamente sollten außerdem nicht in einem geschmolzenen Zustand aufgebracht werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorgenannte Aufgabe wird mit einer Folie gelöst, welche eine erste Lage eines Trägermaterials aufweist, das elektrisch isolierend, flexibel, transparent und dimensionsstabil ist, sowie eine zweite Lage eines mit der ersten Lage verklebten polyrreren Materials, wobei das polymere Material elektrisch isolierend, flexibel, transparent und thermoplastisch ist und wobei eine Vielzahl leitfähiger Faserbändchen in der zweiten Lage eingebettet ist und ein im wesentlichen zweidimensionales, leitfähiges Netzwerk bildet. Die gesamte Gitterfolie ist relativ dünn, z.B. etwa 100 Mikrometer, und die Faserbändchen können in einer Menge bis herab zu 2 g/m² vorliegen, was zu einer Folie zum statischen Abschirmen führt, die mindestens 70 % sichtbares Licht und bis zu 85 % sichtbares Licht durchläßt. Die Faserbändchen haben vorteilhaft eine Schmelztemperatur oberhalb der Schmelztemperatur des polymeren Materials, wobei das polymere Material eine Schmelztemperatur hat, die niedriger ist als die Schmelztemperatur des Trägermaterials.
Die Folie wird nach einem Verfahren aufgebaut, bei dem die Faserbändchen auf ein flächiges Material mit einer dimensionsstabilen Lage und einer thermoplastischen Lage aufgebracht werden, wobei die thermoplastische Lage eine Schmelztemperatur hat, die niedriger ist als die Schmelztemperatur der dimensionsstabilen Lage. Die Faserbändchen werden auf die Oberfläche der thermoplastischen Lage aufgebracht. Sodann wird ein thermoplastisches Material, das mit der thermoplastischen Lage mischbar ist, in flächiger Form über die Faserbändchen gelegt, solange sich das Material noch im schmelzflüssigen Zustand befindet, und heißgewalzt, wodurch bewirkt wird, daß das extrudierte Flächengebilde und die thermoplastische Lage sich zu einer einzigen, homogenen Lage vereinen. Die Faserbändchen können auf das flächige Material unter Verwendung einer mechanischen Ablenkvorrichtung, einer Vorrichtung zum magnetischen Anziehen oder einer Vorrichtung zum elektrostatischen Anziehen aufgebracht werden oder durch Aufblasen auf die Oberfläche der thermoplastischen Lage, solange sich die Lage in einem schmelzflüssigen Zustand befindet.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die neuartigen Merkmale und der Schutzumfang der Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen festgelegt. Die Erfindung selbst wird jedoch am besten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verstanden, worin sind:
Fig. 1A und 1B Seitenansichten der verfahrenstechnischen Anlage, die zur Herstellung der Folie zum statischen Abschirmen nach den alternativen Ausführungformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht zur Darstellung des Laminierens des flächigen Materials mit darauf befindlichen Faserbändchen mit der extrudierten Abdeckfolie;
Fig. 3 eine Querschnittansicht der Folie zum statischen Abschirmen aus dem erfindungsgemäßen Verfahren; sowie
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines aus der Folie zum statischen Abschirmen hergestellten Beutels nach der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Bezug nehmend auf die Zeichnungen werden speziell in Fig. 1A und 1B zwei Verfahren zur Herstellung einer Folie zur statischen Abschirmung entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die drei Hauptkomponenten des Materials der Folie sind ein flächiges Material 10, das auf eine Zuführrolle 12 aufgewickelt wird, eine Vielzahl von leitfähigen Faserbündeln, die zu einem Kabel 14 zusammengefaßt sind, das auf einer weiteren Zuführrolle 16 bereitgestellt werden kann, sowie eine Abdeckfolie 18, die aus einer Düse 20 extrudiert wird.
Das flächige Material 10 umfaßt eine erste Lage aus einem beliebigen elektrisch isolierenden und flexiblen Trägermaterial, vorzugsweise ist dieses polymer, sowie eine zweite Lage aus einem zweiten polymeren Material, das elektrisch isolierend ist, flexibel und thermoplastisch. Die Schmelztemperatur des zweiten polymeren Materials sollte niedriger sein als die des ersten polymeren Materials (Trägermaterial), wobei beide Lagen weitgehend transparent sein sollten. In dieser Hinsicht bedeutet der Begriff "transparent" das Durchlassen von mindestens 70 % sichtbarem Licht. Geeignete Polymere für das erste polymere Material schließen z.B. Polyester, Polypropylen oder Nylon ein. Das zweite polymere Material wird vorzugsweise sowohl biaxial orientiert als auch dimensionsstabil ausgeführt, wie beispielsweise durch Verstrecken. Das zweite polymere Material kann ausgewählt werden aus exemplarischen Gruppen, bestehend aus Polyethylen niedriger Dichte, linearem Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen hoher Dichte, Ethylenmethylacrylat, Ethylenvinylacetat oder Ethylenethylacrylat. Es ist von Vorteil, wenn das flächige Material 10 im Bereich von 30 ... 80 Mikrometer sehr dünn ist.
In der bevorzugten Ausführungsform ist handelt es sich bei dem flächigen Material 10 um eine bei 3M erhältliche bekannte polymeren Folie "SCOTCHPAR" und umfaßt eine erste Lage Polyethylenterepthalat (PET) und eine zweite Lage Polyethylen, wobei die PET-Lage eine Dicke von etwa 23 Mikrometer hat und die Polyethylen-Lage etwa 20 Mikrometer, was eine Gesamtdicke von etwa 43 Mikrometer ergibt. Die Breite des flächigen Materials 10 kann je nach dem vorgesehenen Gebrauch der Folie, z.B. ein kleiner Beutel oder ein großer Sack, erheblich variieren. Beispielsweise kann die Breite im Bereich von 5 cm bis zu mehreren Metern liegen.
Das Kabel 14 kann eine Vielzahl sehr langer, leitfähiger Faserbündel umfassen oder kürzere Faserbändchen, die unter Bildung eines seilähnlichen Kabels miteinander verschlungen sind. Die Faserstränge oder Faserbändchen sollten sehr dünn sein, d.h. einen Durchmesser von nicht mehr als etwa 12 Mikrometer haben. Die Faserstränge oder Faserbändchen können aus verschiedenen Metallen und Legierungen erzeugt werden, einschließlich rostfreier Stahl, Silber oder Kupfer, oder können Verbundstoff-Faserbändchen sein, die aus einem anorganischen Filament mit einer darauf befindlichen leitfähigen Beschichtung erzeugt werden. In der bevorzugten Ausführung werden mehrere identische Kabel verwendet, die von der Bekaert Steel Wire Corp. of Marietta, Georgia, oder der Memcor Engieneered Materials of Deland, Florida, erhalten wurden. Jedes dieser Kabel umfaßt eine Vielzahl von Faserbändchen mit einer von dem speziellen Kabel abhängigen mittleren Länge von etwa 50 mm, 100 mm oder 200 mm, wobei die Faserbändchen unter Bildung eines zusammenhängenden Kabelseils mit einem Durchmesser im Bereich von 8 ... 15 mm gegeneinander versetzt angeordnet und verschlungen sind. Die Kabel verfügen über eine ausreichende Zugfestigkeit, um ihre Form zu bewahren, wenn sie nicht zu grob gehandhabt werden, d.h. sie können ohne Reißen oder übermäßiges Dehnen über größere Entfernungen transportiert werden. Für die Erzeugung einer Folie mit einer Breite von etwa 30 cm werden vier dieser Kabel verwendet.
Das Material der Deckfolie 18 ist ein thermoplastisches Polymer, das in Folienform extrudiert werden kann und bei dem es sich um jedes beliebige Material handeln kann, das vorstehend für die zweite Lage des flächigen Materials 10 aufgeführt wurde. Das Material für die extrudierte Folie 18 ist vorzugsweise das gleiche wie für das zweite polymere Material, das für das Flächengebilde 10 verwendet wird und sollte mindestens mit dem zweiten polymeren Material mischbar sein, wie nachfolgend ausgeführt wird. Das bevorzugte Material für die Deckfolie 18 ist Polyethylen niedriger Dichte und wird vorzugsweise in einer Dicke im Bereich von näherungsweise 20 ... 80 Mikrometer aufgebracht.
Weiter unter Bezugnahme auf Fig. 1A ist ersichtlich, daß das Faserbändchenkabel 14 durch Halterollen 22 zugeführt wird, die oberhalb des flächigen Materials 10 liegen. Die Halterollen haben vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 2,5 cm und befinden sich etwa 2,5 cm oberhalb des flächigen Materials 10. Das Faserbändchenkabel 14 wird durch Halterollen 22 mit einer sehr geringen Geschwindigkeit in bezug auf die Geschwindigkeit der Bewegung des flächigen Materials 10 zugeführt. Um beispielsweise 3 g Faserbändchen pro Quadratmeter unter Verwendung eines Faserbändchenkabels mit einem Gewicht von etwa 0,67 g pro Fuß ((1 foot = 0,3 m)) auf ein flächiges Material 10 mit einer Breite von einem Meter aufzubringen, sollte die Geschwindigkeit der Haltewalze etwa ein Siebzigstel der Laufgeschwindigkeit des flächigen Materials 10 sein.
Obgleich die Faserbändchen in einem regelmäßigen Muster aufgebracht werden können (einschließlich ein Rastermuster unter Verwendung einer zweiten Halterolle, um eine zweite Lage von Faserbändchen senkrecht dazu aufzubringen), wird ihre Aufbringung in einer regellosen Verteilung bevorzugt. In dem Verfahren der Ausführung von Fig. 1A ist die Verwendung eines Faserbändchenkabels erforderlich, bei dem die einzelnen Faserbändchen eine Länge von mindestens 5 cm und bis zu 20 cm im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 1B haben, in der die Faserbändchen oder Faserstränge nicht länger sein sollten als 5 cm. Vorzugsweise, jedoch nichtnotwendigerweise, wird das flächige Material 10 ausreichend erhitzt, um zu bewirken, daß die zweite Lage darauf klebrig wird (z.B. durch Verwendung einer beheizten Walze 24, die die zweite Lage zum Schmelzen bringt), wodurch die Haftung der Faserbändchen auf ihrer Oberfläche verbessert wird. Um die Oberfläche der zweiten Lage klebrig zu machen, können andere Mittel eingesetzt werden, wie beispielsweise Aufbringen eines Klebstoffes, was jedoch zu Problemen der Schichttrennung führen kann. Alternativ können die Faserbändchen mit Hilfe mechanischer Mittel auf dem flächigen Material 10 befestigt werden, wie beispielsweise einer Quetschwalze oder einer Ablenkvorrichtung 26, die die Faserbändchen zu einem Kontakt mit dem flächigen Material 10 zwingt. Als eine weitere Alternative können Mittel zum elektromagnetischen Anziehen der Faserbändchen an das flächige Material 10 vorgesehen werden, wie beispielsweise eine unterhalb des flächigen Materials 10 liegende magnetische oder elektrostatisch geladene Platte 28. Diese Methode macht es selbstverständlich erforderlich, daß die Faserbändchen aus einem magnetischen oder paramagnetischen Material aufgebaut sind.
Wenn die Faserbändchen aufgetragen werden, bilden sie ein im wesentlichen zweidimensionales Netzwerk, obgleich sich die Faserbändchen geringfügig überlappen, um dem Netzwerk eine Leitfähigkeit zu vermitteln. Nachdem die Faserbändchen auf dem flächigen Material 10 abgeschieden worden sind, wird das flächige Material durch eine Gruppe von drei Zylindern 30, 32 und 34 geführt. Sofern das flächige Material 10 zuvor nicht erhitzt worden ist (wie beispielsweise mit Hilfe der beheizten Walze 24), sollte der Zylinder 30 ausreichend heiß sein, um zu bewirken, daß die zweite Lage des flächigen Materials 10 schmilzt; der Zylinder sollte jedoch nicht so heiß sein, daß ein Schmelzen der ersten Lage des flächigen Materials 10 hervorgerufen wird. Bei den vorgenannten beispielhaften Materialien von PET und Polyethylen sollte die Temperatur der beheizten Walze 24 (oder des Zylinders 30) im Bereich von näherungsweise 120 ºC ... 150 ºC liegen. Die extrudierte Abdeckfolie 18 bindet sich danach ohne weiteres mit der zweiten Lage des flächigen Materials 10, wenn sie zwischen den Zylindern 30 und 32 unter Druck gelangen (siehe Fig. 2). Die Zylinder 32 und 34 werden vorzugsweise gekühlt, um die resultierende Folie 36 zu stabilisieren. Die Folie 36 kann auf eine Aufnahmerolle 37 aufgezogen werden.
Bezug nehmend auf Fig. 3, mischen sich die zwei Materialien miteinander unter Bildung einer homogenen einschichigen Lage 38, da das Material, aus dem die Abdeckfolie 18 gebildet wird, mit dem zweiten polymeren Material der zweiten Lage des flächigen Materials 10 mischbar und vorzugsweise das Gleiche ist. Diese thermoplastische Lage 38 ist noch fest mit der ersten Lage 40 des flächigen Materials 10 verbunden. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Art und Weise, in der die Faserbändchen 42 in der homogenen Lage 38 verteilt oder eingebettet sind. Indem die Faserbändchen 42 auf ein Material aufgebracht werden, das mit dem Matetial der Abdeckfolie 18 mischbar ist, können die Faserbändchen in der resultierenden einschichtigen Lage ohne Erzeugung einer wahrnehmbaren Grenzfläche suspendiert werden, die das Netzwerk der Faserbändchen umgibt. Dadurch werden die Kräuselungen und Hohlräume in der Folie 36 auf ein Minimum herabgesetzt und der Zusammenhalt der Folie erhöht. Die Vermeidung einer weiteren Grenzfläche erhöht auch das Transmissionsvermögen.
Der einzige Unterschied zwischen den Verfahren von Fig. 1A und 1B ist die Art und Weise, in der die Faserbändchen 42 auf das flächige Material 10 aufgebracht werden. In Fig. 1B werden die Faserbändchen 42 vom Kabel 14 abgezogen und auf das flächige Material 10 mit Hilfe eines Separators für die Fadenzuführung 44 auf das flächige Material 10 geblasen. In diesem Apparat wird ein gegenläufiges Rollenpaar 46 verwendet, mit dem Kabel 14 durch die Rollen mit einer sehr genauen Zuführgeschwindigkeit zugeführt wird. Ein gegenläufiges Paar von Beschleunigerrollen 48 bewegen sich im Vergleich zu den Zuführrollen 46 mit einer sehr viel größeren Geschwindigkeit, ziehen oder quetschen Faserbändchen von dem Kabel ab, die danach auf das flächige Material 10 mit Hilfe eines Gebläses vom Venturi-Typ geblasen werden, welches Gebläse über Seitenwandungen 52 verfügt, wie beispielsweise das bei Vortec Corp. of Cincinnati, Ohio, verfügbare TRANSVECTOR-Gebläse. Das Gebläse so ist mit zwei Luftschläuchen 51 versehen.
In der bevorzugten Ausführungsform von Fig. 1B besteht eine der Zuführrollen 46 aus rostfreiem Stahl und die andere aus Gummi; eine der Beschleunigerrollen 48 besteht ebenfalls aus rostfreiem Stahl und die andere aus Stahl mit einer Phenolharz-Beschichtung. Kunststoff-beschichtete Rollen, die über eine sehr fein geriffelte Oberfläche verfügen (jedoch mit einer Härte von etwa 80 Rc), können eine längere Lebensdauer haben. Um die Rollenpaare unter Druck zusammenzubringen, können Luftfedern verwendet werden, die eine optimale Haltekraft im Bereich von 20 ... 90 Newton sowohl für die Zuführ rollen 46 als auch für die Beschleunigerrollen 48 liefern. Die Beschleunigerrollen bewegen sich vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit, die etwa 350-fache größer ist als die der Zuführrollen. Wenn beispielsweise Faserbändchen mit einem Durchmesser von etwa 8 Mikrometer verwendet werden, können sich die Zuführrollen 46 mit einer linearen Zuführgeschwindigkeit von etwa 5 cm/min bewegen, während sich die Beschleunigerrollen 48 mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.750 cm/min bewegen. Die von dem Venturi-Gebläse 50 gelieferte laminare Luftströmung liegt im Bereich von 6 ... 30 m/min. Die Luftströmung läßt sich bis beispielsweise 150 m/min erhöhen, wenn ein Vakuumsiebband (nicht gezeigt) verwendet wird, um die Faserbändchen zum flächigen Material 10 zuzuführen.
Es lassen sich mehrere Variationen der vorgenannten Methoden anwenden. Beispielsweise kann der Zylinder 30, der erhitzt sein kann, auch magnetisiert sein, um weitere Faserbändchen 42 anzuziehen und sie auf der zweiten Lage des flächigen Materials 10 zu halten. Auch lassen sich die Faserbändchen direkt auf der extrudierten Folie 18 anstelle auf dem flächigen Material 10 abscheiden. In jedem Fall hat die Anwendung der vorgenannten Methoden zur Aufbringung eines dünnen Netzwerkes von Faserbändchen erhebliche Kostenvorteile gegenüber anderen Methoden, wie beispielsweise das Metallisieren (Dampfbeschichten) der Folien.
Die aus diesem Verfahren resultierende Folie 36 gewährt nicht nur eine statische Abschirmung, sondern auch eine Abschirmung gegenüber elektromagnetische Beeinflussung (EMB). Um eine Abschirmung gegenüber starken EMB-Signalen zu gewähren, ist es jedoch erforderlich, ein dichteres Netzwerk von Faserbändchen zu schaffen, obgleich die erforderlichen Mengen noch viel kleiner sind, als sie in den Verfahren bekannter Ausführung benötigt werden. Beispielsweise lehrt die US-P-4 939 027 von Daimon et al., daß das Netzwerk eine Mindestdichte von 15 g/m² haben muß, um eine EMB-Abschirmung zu gewähren. Eine nach der vorliegenden Erfindung erzeugte Folie erfordert weniger als 15 g/m² Faserbändchen zur Gewährung einer gleichwertigen Abschirmung und hat vorzugsweise eine Dichte von etwa 10 g/m². Wenn EMB kein Problem ist, sondern lediglich ein Schutz über statischen elektrischen Feldern benötigt wird, hat sich eine Dichte von 2 q/m² oder weniger Faserbändchen als ausreichend erwiesen.
Folie 36 kann ferner modifiziert werden, indem den polymeren Verbindungen, die die Folien 10 und 18 erzeugen, antistatische/statisch-dissipative Mittel zugesetzt werden oder indem die äußeren Oberflächen der Folie 36 mit derartigen Mitteln beschichtet werden. Derartige Mittel sind auf dem Gebiet bekannt und schließen beispielsweise quaternäre Ammonium- Verbindungen ein. Die bevorzugte antistatische Verbindung ist eine solche, die von 3M unter dem Warenzeichen FC170C (ein Octoperfluorpolyethersulfonamid) vertrieben wird und mit einer Volumenfüllung in der Folie im Bereich von 0,1 % ... 0,4 Gewichtsprozent vorliegt. Unabhängig davon, ob das Antistaticum als Füllmittel oder aufgetragen vorliegt, beträgt der Transmissionsgrad der Folie 36 noch mindestens 70 %, wobei Versuche gezeigt haben, daß die nach den vorstehend ausgeführten Verfahren hergestellten Folien Werte des Transmissionsgrades bis zu 85 % aufweisen. Außerdem kann die Folie 36 nicht nur elektronische Bauelemente schützen, sondern auch alle Materialien oder Geräte, die gegenüber elektrischen Feldern/Entladung empfindlich sind, einschließend Chemikalien und pharmazeutische Mittel. Folie 36 kann in einer Vielzahl von Verpackungen ausgebildet werden, wie beispielsweise der in Fig. 4 gezeigte Beutel 54. Beutel 54 wird erzeugt, indem Folie 36 in Längsrichtung unter Bildung einer Kante 56 gefaltet und die Folie entlang der zwei Linien 58 und 60 quer zu der Länge der Folie 36 thermisch geschweißt und die Folie 36 an den Kanten 58 und 60 abgetrennt wird. In diesem Fall sollte eines der zwei in der Folie 10 verwendeten polymeren Materialien heißsiegelfähig sein (z.B. Polyethylen). Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet werden viele andere Anwendungen für die Folie 36 offensichtlich.
Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Beschreibung nicht als einschränkend auszulegen. Für den Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet werden unter Bezugnahme auf die Beschreibung der Erfindung zahlreiche Modifikationen der offenbarten Ausführungsform sowie alternative Ausführungsformen der Erfindung offensichtlich. Beispielsweise gibt es mehrere alternative Verfahren zur Aufbringung der Faserbändchen vom Kabel 14 auf die Folie 10, die hierin nicht diskutiert wurden. Außerdem kann die erste Lage des flächigen Materials 10 einen Träger umfassen, der von dem polymeren Material, aus dem ihre zweite Lage besteht, ablösbar ist. Schließlich gibt es außer der elektrostatischen Abschirmung andere Anwendungen der resultierenden Folie 36, wie beispielsweise als Suszeptor für Mikrowellenherde.

Claims

1. Folie zur Gewährung elektrostatischer Abschirmung, umfassend:

eine erste Lage eines Trägermaterials, das elektrisch isolierend, flexibel und transparent ist;

eine zweite Lage eines polymeren Meterials, das elektrisch isolierend, flexibel, transparent und thermoplastisch ist, wobei die erste Lage mit der zweiten Lage verklebt ist; sowie

eine Vielzahl in der zweiten Lage suspendierter leitfähiger Faserbändchen, die ein weitgehend zweidimensionales, leitfähiges Netzwerk bilden, wobei die Faserbändchen eine Schmelztemperatur oberhalb der Schmelztemperatur des polymeren Materials besitzen.

2. Folie nach Anspruch 2, bei der das Trägermaterial polymer ist und eine Schmelztemperatur hat, die größer ist als die Schmelztemperatur des polymeren Materials.

3. Folie nach Anspruch 1, die eine Gesamtdicke von nicht mehr als etwa 100 Mikrometer hat und nicht mehr als 70 % sichtbares Licht durchläßt.

4. Folie nach Anspruch 1, bei der die Faserbändchen einen mittleren Durchmesser von etwa 8 Mikrometer oder weniger haben und als ein magnetisches soder paramagnetisches Material ausgebildet sind.

5. Folie nach Anspruch 1, bei der das polymere Material ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylen niedriger Dichte, lineares Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen hoher Dichte, Ethylenmethylacrylat, Ethylenvinylacetat oder Ethylenethylacrylat.

6. Folie nach Anspruch 1, bei der die Faserbändchen in einer Menge von weniger als 15 g/m² vorliegen.

7. Folie nach Anspruch 2, bei der das polymere Trägermaterial biaxial orientiert und dimensionsstabil ist.

8. Folie nach Anspruch 7, bei der das polymere Trägermaterial ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Polyester, Polypropylen oder Nylon.

9. Folie zur Gewährung einer statischen Abschirmung, umfassend:

eine erste Lage eines Trägermaterials, das elektrisch isolierend, flexibel, dimensionsstabil und transparent ist;

eine zweite Lage eines zweiten polymeren Meterials, das elektrisch isolierend, flexibel, transparent und thermoplastisch ist und eine Schmelztemperatur hat die höher ist als die Schmelztemperatur des ersten polymeren Materials, wobei die erste Lage mit der zweiten Lage verklebt ist;

sowie eine Vielzahl in der zweiten Lage suspendierter leitfähiger Faserbändchen, die ein weitgehend zweidimensionales, leitfähiges Netzwerk bilden, wobei die Faserbändchen ferner in einer Menge von nicht mehr als etwa 2 g/m² vorliegen und wobei die Folie mindestens 70 % sichtbares Licht durchläßt.

10. Folie nach Anspruch 9, bei der die Faserbändchen eine Schmelztemperatur oberhalb der Schmelztemperatur des zweiten polymeren Materials haben.