JP2021052018A - フレキシブルヒータのための積層物およびアセンブリ、フレキシブルヒータ、ならびに製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱安定性を改善したフレキシブルヒータのための積層物およびアセンブリ、フレキシブルヒータ、ならびに改善された製造方法を提供すること。【解決手段】フレキシブルヒータのための基材１００は、ポリイミド層２００；ポリイミド層２００の第１の面に対して配置されたプライマー層３００；およびポリイミド層２００の第１の面に対してカレンダー加工された高粘度シリコーンゴム接着層４００を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、フレキシブルヒータのためのアセンブリの製造において使用される基材および積層物、基材、積層物およびアセンブリを含むフレキシブルヒータ、ならびに同ヒータを作製する方法に関する。

フレキシブルヒータは、配管、自動車部品、バッテリー、コンピュータ機器、医療機器、光学機器および厨房機器のような多彩な用途に幅広く使用される。フレキシブルヒータは、典型的には、電気絶縁基材層を備え、これは、ポリマーまたはガラス繊維マット、および導電性加熱素子のような材料であってよく、巻回またはエッチングされたホイル加熱素子の形態であってよい。フレキシブルヒータは、加熱物の形状へと適合され得、一般的に、広範囲の温度に耐えるように製造される。

様々なポリマーが、ポリイミドを含むフレキシブルヒータの基材として使用されている。ポリイミド層は、加熱素子への結合を改善するために接着剤層を設けられることが多い。例えば、フレキシブルヒータ基材は、ポリイミド／アクリルまたはポリイミド／フッ素化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）基材から作製され得る。しかし、これらの基材は、積層中に高温および長い硬化時間を必要とし、これらはエッチングされたホイル加熱素子に使用されることはあるが、巻回加熱素子をもつフレキシブルヒータに適していない。そのうえ、これらの基材の熱安定性の限定は、低温用途にそれらの使用を限定する恐れがあり、製品寿命の低下を引き起こす恐れがある。

これらの問題を解決するために、エッチングされた加熱素子、または巻回加熱素子のいずれかと使用可能なフレキシブルヒータのためのポリマー基材が所望される。基材は、より低い温度にて、またはより短い時間で積層されることが可能な場合、さらなる利点となるであろう。ポリイミド／アクリルまたはポリイミド／ＦＥＰ基材と比較して改善された熱安定性も利点となるであろう。フレキシブルヒータのための基材を作製するための改善された方法の開発も所望され、この方法は、金属加熱素子に十分に結合する高い熱安定性をもつ基材を提供する。

実施形態は、ポリイミド層；ポリイミド層の第１の面に対して配置されたプライマー層；およびポリイミド層の第１の面に対してカレンダー加工された高粘度シリコーンゴム接着剤層を備え、プライマー層は、ポリイミド層および高粘度シリコーンゴム接着剤層の間に配置されたフレキシブルヒータのための基材を提供する。

別の実施形態は、ポリイミド層；ポリイミド層の第１の面に対して配置されたプライマー層；ポリイミド層の第１の面に対して配置された高粘度シリコーンゴム接着剤層を備え、プライマー層は、ポリイミド層および高粘度シリコーンゴム接着剤層の間に配置されており；ならびに、ポリイミド層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して配置された導電性の加熱素子を備えるフレキシブルヒータのための積層物を提供する。

別の実施形態は、ポリイミド層；ポリイミド層の第１の面に対して配置されたプライマー層；ポリイミド層の第１の面に対してカレンダー加工された高粘度シリコーンゴム接着剤層を備え、プライマー層は、ポリイミド層および高粘度シリコーンゴム接着剤層の間に配置されており；ならびに、ポリイミド層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して積層された連続した導電性フレキシブル金属層を備えるフレキシブルヒータのための積層物を提供する。

別の実施形態は、第１のポリイミド層を備える第１の電気絶縁フレキシブルポリマー層、ポリイミド層の第１の面に対して配置されたプライマー層、ポリイミド層の第１の面に対してカレンダー加工された高粘度シリコーンゴム接着剤層を備え、プライマー層は、ポリイミド層および高粘度シリコーンゴム接着剤層の間に配置されており；ならびに、ポリイミド層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して積層された、パターン化されている導電性フレキシブル金属層を備えるフレキシブルヒータのための積層物を提供する。

金属層に対して積層された上記ポリイミド／シリコーン基材を備えるフレキシブルヒータおよびフレキシブル電気ヒータのためのアセンブリが、さらになお開示されている。
ここで図を参照すると、これらは模範的な実施形態であり、特に指定のない限り、同様の要素は同じように番号付けされる。

フレキシブルヒータのための基材の概略的な断面図。 フレキシブルヒータのための積層物の概略的な断面図。 フレキシブルヒータのためのアセンブリの実施形態の概略的な断面図。 フレキシブルヒータのためのアセンブリの実施形態２つの三次元図を表す図。

本明細書の発明者らは、フレキシブルヒータにおいて使用するための改善された基材、積層物およびアセンブリを発見した。詳細にいえば、本発明者らは、カレンダー加工された高粘度シリコーンゴム接着剤の使用は、詳細には、使用中の上昇温度での、加熱素子への優れた接着、および速く、低温度での積層を含む効率的製造を含む改善された性質を提供することを発見した。高粘度シリコーンゴム接着剤は、プライマー層でコーティングされたポリイミドの面における、ポリイミドシートまたは層に対してカレンダー加工されて、電気的絶縁層を形成して、フレキシブルヒータのための基材を形成する。基材は、巻回加熱素子またはエッチングされたホイル加熱素子のどちらかと使用され得る。基材は、低コストで多彩な形状へと適合でき、簡潔かつ迅速に製造できるフレキシブルヒータをさらに提供する。

図１は、ポリイミド層２００を備えるフレキシブルヒータ基材１００を表し、これは、表されている接着プライマー層３００の一面に対して配置されている。本明細書で使用されている「配置された」は、主要な要素と直接接触して設置されているもの、または、主要な要素と接触する別の要素（例えば層）と接触して設置されていることを意味する。高粘度シリコーンゴム接着剤４００は、ポリイミド層２００の面に対して、好ましくはプライマー層３００の面に対して配置されて、図１のフレキシブルヒータ基材１００を提供する。

ポリイミドは、熱的に耐性であり、他の材料と積層されずに単体で使用された場合は高い最大動作温度を有し、製造物全体の動作温度は、非ポリイミド材料の熱耐性により限定され得る。例えば、最大動作温度は、一般的に、ポリイミド／ＦＥＰ積層物では２００℃未満であり、ポリイミド／アクリル積層物では、１００℃未満である。一方、ポリイミド／シリコーン積層物基材は、２４０℃までの最大動作温度を有することができ、これにより、より高温への加熱を必要とする用途で基材を使用することが可能になる。ポリイミド／シリコーン基材に関しては、熱安定性が高くなるほど、製品寿命を長くしやすくなるであろう。

ポリイミド層は、デュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ）により販売されているＫＡＰＴＯＮ（ポリ（４，４’−オキシジフェニレン−ピロメリトイミド））、株式会社カネカ（Ｋａｎｅｋａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）により販売されているＡＰＩＣＡＬ、宇部興産株式会社（Ｕｂｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）により販売されているＵＰＩＬＥＸ、タイマイド社（Ｔａｉｍｉｄｅ）からのＰｏｌｙｉｍｉｄｅ ＴＨ／ＴＬ／ＢＫ、またはプロフェッショナルプラスチックス社（Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）により販売されているＫＡＰＴＲＥＸのような任意の適切なポリイミドまたはポリエーテルイミドであってよい。ポリイミド層２００として本明細書に記載されているが、ポリマーが所望される製造条件において所望される性質、例えばフレキシビリティ、高温耐性、加工性の１つまたは複数を有することを条件として、他のポリマーを、層２００におけるポリイミドの代わりに使用できる。使用できるポリマーは、ポリアセタール、ポリ（メチルメタクリレート）のようなポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリジエン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフルオロカーボン、ポリフルオロクロロカーボン、ポリケトン、ポリエチレンおよびポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリオキサゾール、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、塩化ポリビニル、塩化ポリビニリデン、ポリビニルエステル、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ならびにそれらのコポリマー、例えばポリエーテルイミドシロキサン、エチレン酢酸ビニルおよびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンを含む。検討される具体的なポリマーは、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のようなポリエステル、ポリエーテルイミドならびにポリエーテルイミドシロキサンを含む。一実施形態において、ポリマーは、ＰＥＴのような透明なポリマー層を提供するように選択される。

ポリイミド層のそれぞれの厚さは、フレキシブルヒータの意図される使用、詳細にいえば、コストおよび耐久性のような問題に応じて変化させてよい。例えば、ポリイミド層は、２から５，０００マイクロメートル（μｍ）（０．０８から２００ミル）の厚さを有していてよく、いくつかの実施形態において、ポリイミド層は、１０から５００μｍ（０．４から２０ミル）または１０から１５０μｍ（０．４から５．９ミル）の厚さを有していてよい。いくつかの実施形態において、基材の任意のポリイミド層は、１０μｍ（０．４ミル）から１５０μｍ（５．９ミル）の厚さを有していてよい。

いくつかの実施形態において、ポリイミド層は、図１で表される接着プライマー層でコーティングされている。接着プライマーは公知であり、例えば、シリコーン、および基材、例えばビニル基−または置換ビニル基−含有シランと反応性の多官能化合物を含む。そのような化合物は、例えば、ビニルトリス（アルコキシアルコキシ）シランを含む。一実施形態において、ビニルトリス（アルコキシアルコキシ）シランは、プライマー組成物の合計重量に対して２〜２０重量部の量で存在する。一実施形態において、ビニルトリス（アルコキシアルコキシ）シランは、ビニルトリス［（Ｃ_１〜Ｃ_６アルコキシ）（Ｃ_１〜Ｃ_６アルコキシ）］シランである。一実施形態において、ビニルトリス（アルコキシアルコキシ）シランは、ビニルトリス（２−メトキシエトキシ）シランである。好ましくはないが、接着プライマーは、任意選択でポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（テトラフルオロエチレン−ｃｏ−ペルフルオロ［アルキルビニルエーテル］）（ＰＦＡ）、ポリ（エチレン−コ−テトラフルオロエチレン）（ＥＴＦＥ）およびコポリマーからなる群から選択される第２のポリマーと混和される、ポリ（テトラフルオロエチレン−コ−ヘキサフルオロプロピレン）（ＦＥＰ）、ユニオンカーバイド社（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）により販売されているプライマー−１１００、信越化学工業株式会社（Ｓｈｉｎ−Ｅｔｓｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ）により販売されている接着プライマーＣのような化合物であってよい。プライマーは、連続した、または連続していない層として存在できる。プライマーは、当業界で公知の手法、例えば、コーティングにより塗布されてよい。いくつかの実施形態において、任意のプライマー層は、１μｍ（０．０４ミル）から２０００μｍ（８０ミル）の厚さを有する。プライマー層のそれぞれの厚さは、ポリイミドおよび加熱素子、ならびにフレキシブルヒータの使用目的、詳細にいえば、コストおよび耐久性のような問題に応じて変化させてよい。例えば、プライマー層は、１から２，０００マイクロメートル（μｍ）（０．０４から８０ミル）の厚さを有していてよく、いくつかの実施形態において、プライマー層は、２から１０００μｍ（０．０８から４０ミル）または２から１００μｍ（０．０８から４ミル）の厚さを有していてよい。

本明細書で使用されている「高粘度シリコーン組成物」または「高粘度シリコーンゴム」は、完全な硬化の前にカレンダー加工されるために十分な高さの粘度を有するシリコーン組成物を指し、これは、続いて硬化されて、ポリイミド層および以下にさらに詳しく記載されている加熱素子に接着するために有効な、フレキシブルなエラストマー組成物を提供することができる。そのような組成物は、当業界で公知であり、一般的に、過酸化物硬化性系または白金触媒付加硬化系を備える。他の硬化機構、例えば縮合硬化（アセトキシ、アルコキシもしくはオキシム）または光硬化が、使用されてよい。異なる硬化系の組合せが、使用されてよい。

過酸化物硬化シリコーンは、高粘度ゴムのなかで最も一般的に使用され、ビニル官能性、水素化物官能性、および任意選択で非官能性のシリコーンプレポリマーの組合せを硬化する。過酸化物触媒の選択は、所望される硬化技術およびパラメータ（ビニル特異的および非ビニル特異的）に左右される。過酸化物硬化触媒の例は、ビス（２，４−ジクロロベンゾイル）過酸化物、過酸化ベンゾイル、過安息香酸ｔ−ブチル、過酸化ジ−ｔ−ブチル、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサンおよび過酸化ジクミルを含む硬化触媒である。非ビニル特異的過酸化物触媒の濃度は、硬化エラストマーの所望される架橋密度に直接比例する。過酸化物は、シリコーン中において、１×１０^−６：１から０．１：１、または１×１０^−５：１から０．０１：１、好ましくは４×１０^−４：１から２×１０^−３：１、より好ましくは２×１０^−４：１から２×１０^−２：１（有機過酸化物対シリコーン）の重量比で予混され得る。非ビニル特異的過酸化物触媒エラストマーの典型的な硬化スケジュールは、残留副生産物を除去するために、９０から１４０℃にて１から２０分間、続いてより高温（例えば、１５０から１７７℃）にて２〜４時間の「後硬化」であってよい。あるいは、そのようなシリコーン組成物は、続いて、１から５時間または０．５から４時間のドウェル時間で、８７．８℃から１７７℃（１９０°Ｆから３５０°Ｆ）または１１０℃から１５４℃（２３０°Ｆから３１０°Ｆ）の温度にて架橋させてよい。あるいは、非ビニル特異的過酸化物触媒エラストマーの典型的な硬化スケジュールは、室温にて１から６０分間、続いてより高温での「後硬化」であってよい。もちろん、当業者は、理想的な架橋温度およびドウェル時間は、架橋薬剤対シリコーンの比、シリコーンの量、所望される部分架橋度、および使用される特定の機器などの要因に応じて変わり得ることを認識するであろう。

付加硬化シリコーンエラストマーは、一般に、白金触媒シリコーンと呼ばれ、これは、一般的に各部分が異なる官能成分を含有する二部系であり、一般的に、Ａ部の成分は、ビニル官能性シリコーンおよび白金触媒を含有する一方、Ｂ部は、ビニル官能性ポリマー、水素官能性架橋剤、および系の硬化の速度を調整するために使用され得る硬化阻害剤を含有する。硬化化学は、Ｓｉ−Ｈ官能性架橋剤のビニル官能性ポリマーへの直接付加を伴い、エチレン橋かけを形成する。付加硬化シリコーンエラストマーの加硫は、加熱促進されてよい。具体的な生産物に応じて、付加硬化エラストマーは、１１０℃にて２０分間から１５０℃にて２分間の温度および時間で、完全に硬化されてよい。

使用され得る硬化性高粘度シリコーンゴム組成物の例は、ダウコーニング社（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）からのＳＩＬＡＳＴＩＣ、ダウコーニング社（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ）からのＸＩＡＭＥＴＥＲ、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）からの接着剤のＩＳ８００シリーズ、およびワッカー社（Ｗａｃｋｅｒ）からの自着接着剤のＥＬＡＳＴＯＳＩＬ Ｒシリーズを含む。

シリコーン接着剤層のそれぞれの厚さは、フレキシブルヒータの使用目的、詳細にいえば、コストおよび耐久性のような問題に応じて変化させてよい。例えば、シリコーン接着剤層は、２から１０，０００マイクロメートル（μｍ）（０．０８から４００ミル）の厚さを有していてよく、いくつかの実施形態において、シリコーン接着剤層は、１０から１０００μｍ（０．４から４０ミル）または１０から３００μｍ（０．４から１１．８ミル）の厚さを有していてよい。基材の任意のシリコーン接着剤層は、１０μｍ（０．４ミル）から１５０μｍ（５．９ミル）の厚さを有していてよい。

フレキシブルヒータ基材または積層物のための材料、詳細にいえばポリイミド層（複数可）、シリコーン接着剤層（複数可）、任意選択のプライマー層（複数可）、および金属層（複数可）に使用される材料は、基材または積層物が透明なまたは半透明になるように選択されてよい。例えば、基材または積層物は、５０％超、７０％超、８０％超または９０％超の透明度を有してよい。透明度は、例えば、ＡＳＴＭ Ｄ１００３−００により判定され得る。

図２は、フレキシブル基材１００、および、本明細書において電気抵抗金属層５００とも呼ばれる導電金属層５００を備えるフレキシブルヒータのための積層物を表す。電気抵抗金属層５００は、ポリイミド層２００とは反対側のシリコーン接着剤層４００の面に対して配置される。代替実施形態（表されていない）において、電気抵抗金属層５００は、シリコーン接着剤層４００に対して配置された電気加熱素子、すなわちパターン化された金属層または電気抵抗金属巻回加熱素子であってよい。

電気抵抗金属は、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、ニッケル、クロムのような金属、または上記の少なくとも１つを含む合金であってよい。例えば、電気抵抗金属層は、酸化および腐食耐性であり、厳しい環境において動作することができるＩｎｃｏｎｅｌの名称で入手可能なニッケル−クロム合金であってよい。ニクロムは、フレキシブル加熱素子における使用に対して適している別のニッケル／クロム合金である。電気抵抗金属は、電流がこの金属を通過した場合に熱を生成することになるように選択される。

電気抵抗金属層の厚さは、フレキシブルヒータの使用目的、詳細にいえば、コストおよび耐久性のような問題に応じて変化させてよい。例えば、金属層は、２から１０，０００マイクロメートル（μｍ）（０．０８から４００ミル）の厚さを有していてよく、いくつかの実施形態において、シリコーン接着剤層は、１０から５０００μｍ（０．４から８０ミル）または１０から２０００μｍ（０．４から４０ミル）の厚さを有していてよい。いくつかの実施形態において、積層物の電気抵抗金属層は、１０μｍ（０．４ミル）から１０００μｍ（４０ミル）の厚さを有する。

電気抵抗金属層は、表されているように連続した金属層であってよい、または連続していない層であってよい。連続した金属層は、加熱素子として直接使用されてよい、または、加熱素子を提供するパターン化金属層を生産するために、後工程でエッチングされていてよい。あるいは、連続していない金属層は、巻回素子であってよい。エッチングされたホイル素子は、一般的に、積層後にエッチング方法が施された連続した金属層から作製される。巻回素子は、詳細には、より大型の加熱素子、低ワット密度およびより小規模な生産に十分合わせられている。また、線材はきわめて薄くてよいため、線材は、エッチングされたホイル素子と同等に、光伝達を遮らずに、透明なフレキシブルヒータにおいて使用され得る。巻回素子は、フレキシブルヒータの表面の所望される部全体の加熱を可能にするパターンへと巻かれた線材から形成される。巻回素子は、別々に形成され、次いでフレキシブルヒータ基材に対して置かれてよく、もしくは積層されてよく、または、基材に対して直接巻かれていてよい。

上記の基材および積層物は、図４で概略的に表されるフレキシブルヒータのためのアセンブリの製造において使用されてよい。アセンブリの実施形態は、２つ表される。表される１つのアセンブリは、上に記載したフレキシブルヒータ基材層６１０（すなわち、フレキシブルヒータ基材１００）を備え、連続していない金属層７００は、巻回電気抵抗加熱素子である。表されるもう１つのアセンブリは、上に記載した基材層６１０、エッチングされた金属電気抵抗加熱素子である連続していない金属層７１０を備える。加熱素子７００、７１０は、基材層６１０のシリコーン接着剤層に対して配置される。電気絶縁フレキシブルポリマー層６００は、基材層６１０とは反対側の、詳細にいえば、基材６１０のシリコーン接着剤層とは反対側の加熱素子７００、７１０の面に対して配置される。いくつかの実施形態において、基材層６１０および電気絶縁フレキシブルポリマー層６００は、同一ではなく、異なる材料を備えてよい、または異なる厚さであってよい。例えば、ポリマー層６００は、任意のフレキシブル絶縁ポリマー層（例えば、ポリエーテルイミド、またはポリイミド／アクリルを備える基材、もしくはポリイミド／フッ素化エチレン−プロピレン基材）であってよい。

好ましい実施形態において、基材層６１０および電気絶縁フレキシブルポリマー層６００は同一であり、したがってポリマー層６００は、上に記載した基材材料も備える。図３に関しては、フレキシブルヒータのためのアセンブリは、第１の基材層１２０、抵抗加熱素子の所望される形態での連続していない金属層５１０、および電気抵抗加熱素子５１０の第１の基材層とは反対側の面に対して配置される第２の電気絶縁基材層１１０を備え、したがって、加熱素子５１０は、表されるように第１および第２の基材１１０および１２０の間に配置されている。詳細にいえば、図３におけるヒータアセンブリは、ポリイミド（または他のポリマー）層２００、その一面に対して配置された接着プライマー３００、およびプライマー層３００に対して配置された高粘度シリコーンゴム接着剤層４００を含む基材層１１０と、ポリイミド（または他のポリマー）層２１０、その一面に対して配置された接着プライマー３１０、およびプライマー層３１０に対して配置された高粘度シリコーン接着剤層４１０を含む別の基材層１２０とを備える。前述のように、ポリイミド以外のポリマーは、ポリマーが所望される性質を有すること条件として、層２００、２１０に使用されてよい。

フレキシブルヒータのためのフレキシブル基材を製造する方法において、ポリイミド層２００は、接着プライマー３００の一面にコーティングされ、高粘度シリコーンゴム接着剤４００は、ポリイミド層２００のプライマー処理された面に対してカレンダー加工されて、フレキシブルヒータ基材１００を提供する。シリコーン接着剤は、カレンダー加工する前に未硬化であってよく、カレンダー加工する前に部分的に硬化されていてよく、またはカレンダー加工した後で部分的に硬化されていてよい。いくつかの実施形態において、シリコーンゴム接着剤は、カレンダー加工されたときは未硬化であり、室温、例えば２０から２６℃（６８から７９°Ｆ）にて１から５日間、または２から４日間、または３日間放置すると部分的に硬化されているようになる（Ｂ段階）。あるいは、基材に部分的な硬化条件を施すことにより、接着剤はカレンダー加工した後でＢ段階となってよい。

カレンダー加工は当業界で公知であり、多彩な機器および条件が使用されてよい。例えば、３本ロールまたは４本ロールカレンダー加工のどちらかが使用されてよい。４本ロールユニットは、ゴムの外に空気をより徹底的に動作させる利点がある。可変スピードメインドライブは、回転スピードの調整を可能にする。例えばセンターロールの表面スピードは、１分間当たり０．１から５、または０．６から３メートルであってよい。カレンダーは、スキムコーティングまたは「イーブン」としてセットされてよく；すなわち、センターおよびボトムロールは、同じ速度にて回転し、トップロールよりも速く回転する。いくつかの実施形態において、特に、より硬直した組成物ゴムに対して、センターおよびボトムロールが異なる速度で回転する「変則」スピードが、よりよい結果をもたらす。シリコーンゴムは通常、室温にてカレンダー加工される。しかし、加熱が、シリコーンを未熟硬化しないこと、または分解を引き起こさないことを条件として、貼り付きを低下させるためにロールの加熱が使用されることがある。シリコーンは、剥離層、例えばポリエチレン剥離層に対してカレンダー加工され、次いでポリイミド層で層状化され得る。好ましくは、シリコーン接着剤は、ポリイミド層において直接カレンダー加工される。

積層物を製造するために、フレキシブルヒータ基材は、電気抵抗金属層で層状化され、これに積層が施されて、シリコーン接着剤および金属層を接着し、シリコーン接着剤を硬化する。積層中、アセンブルした基材の層は、圧力により一緒に保持され、基材は、接着剤を完璧に硬化するために有効な温度および時間で加熱される。例えば、いくつかの実施形態において、フレキシブルヒータ基材および金属層は、板とクランプのセットの内側に設置され、１００℃から２３０℃（２１２°Ｆから４４６°Ｆ）の温度にて５から１８０分間加熱される。他の実施形態において、フレキシブルヒータ基材および金属層は、１００℃から１５０℃（２１２°Ｆから３０２°Ｆ）にて１０から６０分間、または１１０℃から１３０℃（２３０°Ｆから２６６°Ｆ）にて１５から３０分間加熱される。あるいは、積層物は、保存されてよい、または部分的に硬化されて、次いで、しばらく経って完璧に硬化されて販売されてよい。

積層物は、連続した金属層を使用して構成されている場合、連続した金属層は、複雑な抵抗パターンをもつホイルを生産するために、フォトエッチング方法のようなサブトラクティブエッチング方法により積層後にエッチングされてよい。フォトエッチングは、一般的に、以下の工程を介して進める。第１に、光画像形成可能なレジストが、金属層に適用される。次いで、ヒータの寸法および形状を指定するマスク層が、次いでレジストの上に対して設置される。最終的に、エッチング工程は金属層に化学的エッチングおよび洗浄サイクルを施し、この工程はマスク層により保護されていない金属を除去し、エッチングされたホイル加熱素子を所望される形状にする。あるいは、巻回加熱素子は、シリコーン接着剤層において形成できる、または別々に形成でき、次いで、フレキシブルヒータ基材に対して積層される。

フレキシブルヒータにおいて使用するためのアセンブリは、上記基材または積層物を使用して製造できる。例えば、一実施形態において、部分的にまたは完全に硬化された積層物は、フレキシブルポリマー層または第２のポリイミド／シリコーン基材で層状化されてよく、記載されているように積層されて、アセンブリを形成してよい。あるいは、金属層は、第１の基材の未硬化または部分的に硬化された第１のシリコーン接着剤層に対して配置されてよい；第２の基材層の未硬化または部分的に硬化されたシリコーン接着剤は、第１のシリコーン接着剤層とは反対側の電気抵抗金属層の面に対してスタックされていてよく；スタックは、上に記載したように積層されて、それらの層に接着し、接着剤を完全に硬化してよい。

基材、積層物およびアセンブリを備えるフレキシブルヒータも開示されている。基材、積層物およびアセンブリをフレキシブルヒータに転換するための手法および構成要素は、当業者に公知である。フレキシブルヒータは、広範な用途、例えばバッテリーの加熱において、バッテリーが厳しい寒さにおいても電力を保つことになるように使用できる。そのようなバッテリーは、車両、人工雪製造機のような野外機器、注入ポンプのような医療機器および他の使用のためにも使用できる。

フレキシブルヒータ基材は、ポリイミド／アクリルおよびポリイミド／ＦＥＰから作製され得るが、ポリイミド／シリコーン基材、積層物およびアセンブリは、これらの材料を上回るいくつかの利点を有する。基材および金属層を備えるフレキシブルヒータのための積層物を硬化することは、典型的には、ポリイミド／アクリル基材に対しては１８０℃（３５６°Ｆ）にて２時間の加熱を必要とし、ポリイミド／ＦＥＰ基材に対しては２９０℃（５５４°Ｆ）にて１時間の加熱が必要とされる。これらの高い硬化温度および時間は、所望される生産コストおよび時間より高くなる。本開示の基材および金属層を備える積層物は、１２０℃（２４８°Ｆ）にて１５分間で硬化され得、これは、従来技術の基材を上回る大幅な改善を示し、生産コストおよび時間を低下させると予想され得る。ポリイミド／アクリルまたはポリイミド／ＦＥＰ基材のどちらも、巻回加熱素子に十分結合しないが、ポリイミド／シリコーン基材および積層物は、巻回加熱素子に十分結合し、したがって、従来技術を上回る本発明の別の利点を表現する。

さらに、基材、積層物およびフレキシブルヒータアセンブリは、優れた熱安定性を有することができる。例えば、相対温度指数は、ポリマーの性質が、加熱熟成に対して施された後でどのように劣化するかを示す公知の性質である。材料は、ポリマー材料−長期性質評価のＵＬ（アメリカ保険業者安全試験所（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、Ｉｎｃ．））規格（ＵＬ７４６Ｂ）に従って実施される長期加熱熟成プログラムの一部として、ある一定の臨界性質（例えば、誘電体強度、可燃性、衝撃強度および引張り強度）の維持に関して調査される。

いくつかの実施形態において、基材、積層物およびアセンブリは、１以上の強度（例えば、引張り強度）または電気的性質の５０％以下の損失で、１８０℃の温度に１００，０００時間曝露され得る。他の実施形態において、基材、積層物およびアセンブリは、５０％以下の強度または電気的性質の損失で、２００℃の温度に１００，０００時間曝露され得る。他の実施形態において、基材、積層物およびアセンブリは、強度または電気的性質の５０％以下の損失で、２２０℃の温度に１００，０００時間曝露され得る。具体的な実施形態において、基材、積層物およびアセンブリは、強度（例えば、引張り強度）の５０％以下の損失で２００℃の温度に１００，０００時間曝露され得るとともに、電気的性質の損失が５０％以下で２４０℃の温度に１００，０００時間曝露され得る。

特許請求の範囲がさらに記載されており、以下に提供されている例で例証されているが、これは、本発明の範囲を限定することが意図されていない。
（実施例１）
２ミル（５０μｍ）の厚さのポリイミドシート（ＫＡＰＴＯＮ ＨＮ）は、接着剤プライマーを噴霧され、３ミル（７６μｍ）の厚さのシリコーンゴム接着剤のシートは、ＫＡＰＴＯＮ ＨＮのプライマー処理された面に対してカレンダー加工され、剥離ライナーとしての２．５ミル（６４μｍ）のポリエチレンで挟み込まれた。生じた基材は、所定のサイズに裁断され、必要に応じて包装されてよい、または追加の層と積層物を生産するために直接使用されてよい。

（実施例２）
１ミル（２５μｍ）のＩＮＣＯＮＥＬ６００は、実施例１からの基材の曝露されたシリコーンゴム面に対して置かれる。材料は、１６ｐｓｉの圧力で一緒に加圧され、次いで、ＩＲヒータを介して、３１６℃（６００°Ｆ）にて、１分間当たり１５２．４センチメートル（５フィート）（ｆｐｍ）のラインスピードで硬化された。生じた積層物は、フレキシブルヒータを生産するためにさらに加工できる。

基材、積層物、アセンブリ、電気抵抗ヒータおよびその製造方法は、以下の実施形態によりさらに例証され、これらは非限定的である。
実施形態１．ポリマー層、好ましくはポリイミド層；ポリマー層の第１の面に対して配置されたプライマー層；およびプライマー層に対してカレンダー加工された高粘度シリコーンゴム接着剤層を備える、フレキシブルヒータのための基材。

実施形態２．ポリマー層、好ましくはポリイミド層；ポリマー層の第１の面に対して配置されたプライマー層；プライマー層に対してカレンダー加工された高粘度シリコーンゴム接着剤層；および、プライマー層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して積層された連続した電気抵抗金属層を備える、フレキシブルヒータのための積層物。

実施形態３．ポリマー層、好ましくはポリイミド層；ポリマー層の第１の面に対して配置されたプライマー層；プライマー層に対して配置された高粘度シリコーンゴム接着剤層；および、ポリマー層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して配置された電気抵抗加熱素子を備える、フレキシブルヒータのための積層物。

実施形態４．電気抵抗加熱素子は、エッチングされた加熱素子または巻回加熱素子である、実施形態３の積層物。
実施形態５．実施形態３から４のいずれか１つまたは複数の積層物、および加熱素子におけるシリコーンゴム接着剤とは反対側の面に配置された電気絶縁フレキシブルポリマー層を備える、フレキシブルヒータのためのアセンブリ。

実施形態６．実施形態３から４のいずれか１つまたは複数の積層物、および電気抵抗加熱素子におけるシリコーンゴム接着剤層とは反対側の面に積層された第２の基材を備え、第２の基材は、第２のポリマー層、好ましくは第２のポリイミド層、第２のポリマー層の第１の面に対して配置された第２のプライマー層、および第２のポリマー層、好ましくは第２のポリイミド層の第１の面に対してカレンダー加工された第２の高粘度シリコーンゴム接着剤層を備え、第２のプライマー層は、第２のポリマー層、好ましくは第２のポリイミド層および第２の高粘度シリコーンゴム接着剤層の間に配置されており；電気抵抗加熱素子は、第２のポリマー層とは反対側の第２の高粘度シリコーンゴム接着剤層の面に対して積層された、フレキシブルヒータのためのアセンブリ。

実施形態７．任意のポリマー層、好ましくは任意のポリイミド層は、１０μｍから１５０μｍの厚さを有する、実施形態１から６のいずれか１つまたは複数の基材、積層物またはアセンブリ。

実施形態８．任意のシリコーンゴム接着剤層は、１０μｍから３００μｍの厚さを有する、実施形態１から７のいずれか１つまたは複数の基材、積層物またはアセンブリ。
実施形態９．基材は、１８０から２４０℃の最大動作温度を有する、実施形態１から８のいずれか１つまたは複数の基材、積層物またはアセンブリ。

実施形態１０．金属層または加熱素子は、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、ニッケル、クロムまたは先述のものの少なくとも１つを含む合金を備える、実施形態２から９のいずれか１つまたは複数の積層物またはアセンブリ。

実施形態１１．実施形態１から１０のいずれか１つまたは複数の基材、積層物またはアセンブリを生産するための方法であって、ポリマー層、好ましくはポリイミド層のプライマー処理された面に対して、高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工して、電気絶縁フレキシブルポリマー層を形成する工程；およびカレンダー加工されたシリコーンゴム接着剤層を部分的に硬化する工程を備える、方法。

実施形態１２．実施形態２および７から１０のいずれか１つまたは複数の積層物またはアセンブリを生産するための方法であって、ポリマー層、好ましくはポリイミド層のプライマー処理された面に対して、高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工する工程；ポリマー層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して、連続した電気抵抗金属層を配置する工程；およびシリコーンゴム接着剤層を部分的にまたは完全に硬化する工程を備える、方法。

実施形態１３．実施形態２および７から１０のいずれか１つまたは複数の積層物またはアセンブリを生産するための方法であって、ポリマー層、好ましくはポリイミド層のプライマー処理された面に対して、高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工する工程；接着剤層を部分的に硬化する工程；ポリマー層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して、連続した電気抵抗金属層を配置する工程；およびシリコーンゴム接着剤層を完全に硬化するために有効な条件下で、それらの層を積層する工程を備える、方法。

実施形態１４．実施形態２から１０のいずれか１つまたは複数の積層物またはアセンブリを生産するための方法であって、ポリマー層、好ましくはポリイミド層のプライマー処理された面に対して、高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工する工程；ポリマー層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して、電気抵抗加熱素子を配置する工程；およびシリコーンゴム接着剤層を部分的にまたは完全に硬化する工程を備える、方法。

実施形態１５．実施形態２から１０のいずれか１つまたは複数の積層物またはアセンブリを生産するための方法であって、ポリマー層、好ましくはポリイミド層のプライマー処理された面に対して、高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工する工程；接着剤層を部分的に硬化する工程；ポリマー層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して、電気抵抗加熱素子を配置する工程；およびシリコーンゴム接着剤層を完全に硬化するために有効な条件下で、それらの層を積層する工程を備える、方法。

実施形態１６．実施形態５から１０のいずれか１つまたは複数のアセンブリを生産するための方法であって、ポリマー層、好ましくはポリイミド層のプライマー処理された面に対して、高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工して、第１の基材を形成する工程；第１のポリマー層とは反対側のシリコーンゴム接着剤層の面に対して、電気抵抗加熱素子を配置する工程；加熱素子におけるシリコーンゴム接着剤層とは反対側の面に電気絶縁フレキシブルポリマー層を配置する工程；およびシリコーンゴム接着剤層を硬化する工程を備える、方法。

実施形態１７．実施形態５から１０のいずれか１つまたは複数のアセンブリを生産するための方法であって、第１のポリマー層、好ましくは第１のポリイミド層のプライマー処理された面に対して、第１の高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工して、第１の基材を形成する工程；第２のポリマー層、好ましくは第２のポリイミド層のプライマー処理された面に対して、第２の高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工して、第２の基材を形成する工程；第１および第２の基材のカレンダー加工された高粘度シリコーンゴム接着剤層の間に対して、電気抵抗加熱素子を配置して、スタックを形成する工程；ならびに、第１および第２のシリコーンゴム接着剤層を硬化するために有効な条件下で、スタックを積層する工程を備える、方法。

実施形態１８．実施形態５から１０のいずれか１つまたは複数のアセンブリを生産するための方法であって、第１のポリマー層、好ましくは第１のポリイミド層のプライマー処理された面に対して、第１の高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工して、第１の基材を形成する工程；第２のポリマー層、好ましくは第２のポリイミド層のプライマー処理された面に対して、第２の高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工して、第２の基材を形成する工程；第１のポリマー層とは反対側の面における第１のカレンダー加工されたシリコーンゴム接着剤層に対して、連続した電気抵抗金属層を配置する工程；シリコーン接着剤を硬化するために有効な温度にて、第１の基材および金属層を積層して、積層物を形成する工程；金属層をエッチングして、電気加熱素子を形成する工程；第２のポリマー層とは反対側の第２の基材のカレンダー加工された第２のシリコーン層の面を、硬化された第１のシリコーンゴム層とは反対側の金属層の面と接触させて、スタックを形成する工程；および第２のシリコーンゴム接着剤層を硬化するために有効な条件下で、スタックを積層化する工程を備える、方法。実施形態１９．１００℃から２３０℃の温度にて５から１８０分間、１００℃から１５０℃にて１０から６０分間または１１０℃から１３０℃にて１５から３０分間硬化する、または積層する工程をさらに備える、実施形態１１から１８のいずれか１つまたは複数の方法。

実施形態２０．実施形態１から１９のいずれか１つまたは複数の基材、積層物またはアセンブリを備える、電気抵抗ヒータ。
一般的に、組成物または方法は、本明細書において開示された任意の適切な構成要素または工程を選択的に備え得、それらからなり得、またはそれらから本質的になり得る。本発明は、従来技術の組成物において使用される任意の構成要素、材料、原料、補助剤もしくは化学種もしくは工程、または他に本特許請求の範囲の機能および／もしくは目的の達成に必ずしも必要ではないものを欠くように、または実質的に含まないように、追加的または選択的にさらに配合され得る。

「ａ」および「ａｎ」という用語は、量の限定を明示せず、むしろ少なくとも１つの言及される品目の存在を明示する。「または」という用語は、文脈によりそうではないと明らかに示されない限り、「および／または」を意味する。同一の構成要素または性質を対象とするすべての範囲の終点は、その終点を包括し、独立して組み合わせることが可能であり、すべての中間点および中間範囲を含む。本明細書で使用されている「第１の」「第２の」など、「一次」「二次」などという用語は、いかなる順番、量または重要性も明示せず、むしろ、１つの要素を別のものと区別するために使用される。「組合せ」という用語は、混和物、混合物、合金、反応生産物などを包括する。特に定義されていない限り、本明細書で使用される技術および科学用語は、本発明が属する当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。

詳しい実施形態によるフレキシブルヒータのためのポリイミド／シリコーン基材および積層物、ならびにそれらを用意する方法は、より詳しく説明される。しかし、これらは、本発明の例として提示されているにすぎず、したがって、本発明の範囲は、詳しい実施形態によって限定されず、様々な改変および履行が実施可能であり、それらは本発明の範囲内であることが当業者に明らかに理解される。

Claims (7)

1. ポリイミド層のプライマー処理された面に対して、高粘度シリコーンゴム接着剤層をカレンダー加工する工程；
   前記プライマー処理された面とは反対側の前記高粘度シリコーンゴム接着剤層の面に対して、連続した電気抵抗金属層または電気抵抗加熱素子を配置する工程；および
   前記高粘度シリコーンゴム接着剤層と前記連続した電気抵抗金属層または前記電気抵抗加熱素子とを接着し前記高粘度シリコーンゴム接着剤層を硬化するためにそれら層を積層する工程
   を備える、フレキシブルヒータのための積層物を製造するための方法。
2. 前記電気抵抗加熱素子が、エッチングされた加熱素子または巻回加熱素子である、請求項１に記載の方法。
3. 前記ポリイミド層が、１０μｍから１５０μｍの厚さを有する、請求項１〜２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記高粘度シリコーンゴム接着剤層が、１０μｍから３００μｍの厚さを有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記連続した電気抵抗金属層または前記電気抵抗加熱素子が、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、ニッケル、クロムまたは先述のものの少なくとも１つを含む合金を備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記積層する工程は、１００℃から２３０℃の温度にて５から１８０分間、１００℃から１５０℃にて１０から６０分間、または１１０℃から１３０℃にて１５から３０分間加熱する工程を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法によって製造される積層物。

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