JP2021523568A - 伸長性基材上の可撓性かつ伸長性プリント回路 - Google Patents

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Abstract

本開示は、プリント回路及び伸長性基材を含む、可撓性かつ伸長性の導電性物品である。プリント回路は導電性トレースを含む。導電性トレースは、合成ポリマー膜の表面に配置されるか、又は合成ポリマー膜の厚さを通して細孔中に吸収されうる。合成ポリマー膜は、前記膜の座屈がz方向に発生するように、x−y方向に圧縮される。さらに、合成ポリマー膜は多孔性又は非孔性であることができる。幾つかの実施形態において、合成ポリマー膜は微孔性である。プリント回路は、伸長性基材に不連続に結合されうる。有利なことに、可撓性の導電性物品は、ある範囲の伸長にわたって導電性能を保持する。幾つかの実施形態において、導電性物品は、50%の歪みまで伸長されたときに、無視できるほどの抵抗変化を有する。プリント回路は、スマートアパレル又はその他のウェアラブル技術などの衣服に一体化することができる。

Description

分野
本開示は、一般に、プリント回路、より具体的には、伸長性基材に結合され、ある伸長範囲にわたって導電性能を維持することができる可撓性かつ伸長性プリント回路に関する。
背景
従来、フレキシブル回路はMylar(登録商標)又はKapton(登録商標)などの剛性材料上に構築される。これらの材料は、従来の銅及びガラス繊維回路基板と比較して可撓性であると考えられているが、テキスタイル又は皮膚に匹敵する可撓性を示さない。衣服及び/又は他の皮膚に装着されるデバイスへのフレキシブル回路の組み込みはこの剛性によって制限される。確かに、多くの既存の回路材料は、特に使用中及び洗浄又は他のクリーニング法の間に曲げるときに、テキスタイルに一体化され、耐久的に信頼できるままに維持されるには硬すぎる。
この点に関して、薄くて伸長性のある多くの導電性インクが開発されてきた。これらのインクは、従来、テキスタイルに直接印刷され、テキスタイルの可撓性、伸長性及び手触りを維持することができる。しかしながら、それらは有意な耐久性及び電気的接続の問題に悩まされている。例えば、テキスタイルが伸長されると、テキスタイル繊維束は相互に対して有意に移動する。導電性インクは、テキスタイル繊維束の間のギャップを橋掛けるために必要な伸びに耐えることができず、その結果、断線及び開回路が発生する。
同伸長性導電性インクはウレタンフィルム上に印刷され、次いで、伸長性テキスタイルに熱接着されている。これにより、テキスタイル上に直接印刷するよりも耐久性の高い回路が得られるが、結果として得られるラミネートは、元のテキスタイルよりも有意に伸長性が低くなる。他の既存の技術において、導電性インクは、絶縁性インクの間に挟まれ、次いで、テキスタイルに熱的にラミネートされてきた。しかしながら、絶縁性インクの薄いコーティングは、導電性インクを効果的に支持することができない。絶縁性インクの厚さを増加させると耐久性が向上するが、テキスタイルの伸長性が大幅に犠牲になる。
フレキシブル電気回路の進歩にもかかわらず、衣服から医療診断及び治療デバイスに至るまでのさまざまな用途、ならびに他の多くの適切な最終用途のための耐久性でかつ効果的な可撓性のある電気回路システムの必要性が依然として存在する。
要旨
1つの実施形態は、伸長性基材に結合されたプリント回路を含む、高い可撓性及び伸長性を有する導電性物品に関する。プリント回路は、x−y方向に圧縮された合成ポリマー膜、及び、前記合成ポリマー膜内に配置された導電性トレースを含む。合成ポリマー膜は、z方向(すなわち、膜の平面外)に座屈配向を有する。導電性トレースは、合成ポリマー膜の細孔中に、そして厚さを通して吸収されるか、又はさもなければ導入されうる。導電性トレースは、導電性粒子の連続ネットワークを含み、導電性パターン又は回路の形態を有することができる。例示的な実施形態において、非導電性領域は、導電性トレースに沿って横に配置されている。幾つかの実施形態において、絶縁性オーバーコートを導電性トレース上に適用して、導電性トレースを外部要素から保護するのを助けることができる。合成ポリマー膜は多孔性又は非多孔性であることができる。幾つかの実施形態において、合成ポリマー膜は、ノード及びフィブリル構造を有する微孔質膜である。少なくとも1つの実施形態において、合成ポリマー膜は延伸ポリテトラフルオロエチレン膜である。伸長性基材は、伸長性テキスタイル又は布帛、伸長性不織布材料又は伸長性膜であることができる。導電性物品は、伸長性基材の元の緩和構成の50%の歪みまで伸長されたときに、無視できる抵抗変化を有する。また、導電性物品は可撓性が高く、Kawabata試験方法で決定して、0.1グラム力−cm/cm未満の撓み度を有する。
別の実施形態は、伸長性基材に結合されたプリント回路を含む、高い可撓性及び伸長性を有する導電性物品に関する。プリント回路は、x−y方向に圧縮された合成ポリマー膜、及び、前記合成ポリマー膜上に配置された導電性トレースを含む。合成ポリマー膜は、多孔性又は非多孔性であることができる。合成ポリマー膜は、z−方向(すなわち、膜の平面外)に座屈配向を有する。導電性トレースは、導電性粒子の連続ネットワークを含み、導電性パターン又は回路の形態を有することができる。幾つかの実施形態において、絶縁性オーバーコートを導電性トレース上に適用して、導電性トレースを外部要素から保護するのを助けることができる。非導電性領域は、導電性トレースに沿って横に配置することができる。導電性トレースには、金、銀、銅又は白金の粒子又はナノ粒子を含むことができる。幾つかの実施形態において、粒子は少なくとも部分的に融着して、導電性粒子の連続ネットワークを形成する。合成ポリマー膜は、ノード及びフィブリル構造を有する微孔性膜であることができる。少なくとも1つの実施形態において、合成ポリマー膜は延伸ポリテトラフルオロエチレン膜である。導電性物品は、伸長性基材の元の緩和構成の50%の歪みまで伸長されたときに、無視できる抵抗変化を有する。また、導電性物品は可撓性が高く、Kawabata試験方法で決定して、0.1グラム力−cm/cm未満の撓み度を有する。
図面の簡単な説明
添付の図面は、本開示のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成し、実施形態を示し、記載とともに、本開示の原理を説明するのに役立つ。
図1は、少なくとも1つの実施形態による、多孔質延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)膜(膜1)の走査型電子顕微鏡写真(SEM)画像である。
図2は、少なくとも1つの実施形態による、多孔質延伸PTFE膜(膜2)のSEMである。
図3は、少なくとも1つの実施形態による、例5で利用された多孔質ポリエチレン膜のSEMである。
図4は、少なくとも1つの実施形態による、実施例で使用された例示的な導電性トレースの配置及びサイズの図解である。
図5は、少なくとも1つの実施形態による、例1で試験された幾つかの材料のひずみ対負荷及び歪み対抵抗の図解である。
図6A〜Cは、少なくとも1つの実施形態による、導電性トレースが合成ポリマー膜の表面に適用され、そして座屈された導電性物品の形成の概略図である。
図6Dは、少なくとも1つの実施形態による、伸長性基材の両側へのプリント回路の適用の概略図である。
図6Eは、少なくとも1つの実施形態による、各側で座屈した合成ポリマー膜を上に有する伸長性基材の概略図である。
図6Fは座屈した構成で両側に導電性トレースを有する合成ポリマー膜の概略図である。
図6Gは、両側に導電性トレースを有し、これらの導電性トレースを吸収して前記導電性トレースを電気的に相互接続している合成ポリマー膜であって、前記合成ポリマー膜が座屈構成にある、合成ポリマー膜の概略図である。
図7Aは、少なくとも1つの実施形態による、導電性トレースが合成ポリマー膜に吸収され、座屈された導電性物品の概略図である。
図7Bは、少なくとも1つの実施形態による、伸長性基材の各側に座屈された合成ポリマー膜を有する導電性物品の概略図である。
図8は、少なくとも1つの実施形態による、導電性トレースパターンの概略図である。
図9は、少なくとも1つの実施形態による、図8の導電性インクトレースに電子部品を接着することによって作成された電子回路の概略図である。
図10は、少なくとも1つの実施形態による、導電性トレースを上に有する延伸ポリテトラフルオロエチレン膜の一部の走査型電子顕微鏡写真(SEM)である。
図11は、少なくとも1つの実施形態による、導電性トレースを中に吸収した、延伸ポリテトラフルオロエチレン膜の一部の走査型電子顕微鏡写真(SEM)である。
図12Aは、少なくとも1つの実施形態による、レーザマイクロメータを使用する場合の合成ポリマー膜の厚さを測定するための、レーザマイクロメータ源とレーザマイクロメータレシーバとの間に位置合わせされた金属シリンダの概略図である。
図12Bは、少なくとも1つの実施形態による、レーザマイクロメータを使用する場合の合成ポリマー膜の厚さを測定するときの、オーバーラップがなく、しわがない、図12Aに示された金属シリンダの表面上に覆われた膜の単層の概略図である。そして、
図13は、少なくとも1つの実施形態による、座屈したプリント回路を上に有する緩和構成の例示的な基材のSEMである。
詳細な説明
当業者は、本開示の様々な態様が、意図された機能を発揮するように構成された任意の数の方法及び装置によって実現できることを容易に理解するであろう。本明細書で参照される添付の図は、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではなく、本開示の様々な態様を例示するために誇張されている場合があり、その点で、図は限定として解釈されるべきではないことにも留意されたい。「導電性トレース」、「伝導性トレース」及び「トレース」という用語は、本明細書で互換的に使用されうることが理解されるべきである。 「膜」及び「フィルム」という用語は、本明細書で互換的に使用されうる。
本発明は、プリント回路及び伸長性基材を含む、可撓性かつ伸長性導電性物品に関する。プリント回路は合成ポリマー膜及び導電性トレースを含む。導電性トレースは、合成ポリマー膜の表面に配置されるか、又は、厚さを通して細孔中に吸収されうる。プリント回路は、膜の座屈が膜面の外又は膜の「厚さ」方向に発生するように、膜面内で圧縮される。さらに、合成ポリマー膜は多孔性又は非多孔性であることができる。幾つかの実施形態において、合成ポリマー膜は微孔性である。プリント回路は、伸長性基材に不連続に結合されうる。有利なことに、可撓性の導電性物品は、ある範囲の伸長にわたって導電性能を保持する。すなわち、導電性物品は、伸長性基材の元の緩和構成の50%の歪みまで伸長されたときに、無視できる抵抗変化を有する。本明細書で規定される「歪み」は、元の緩和構成に対する合成ポリマー膜の伸長を示すことが意図される。幾つかの実施形態において、導電性物品は、100%の歪みまで、又は、100%を超える歪みまで伸長されたときに、無視できるほどの抵抗変化を有する。プリント回路は、スマートアパレル又はその他のウェアラブル技術などの衣服に一体化することができる。
上記のように、導電性物品は、少なくとも1つの導電性トレース及び合成ポリマー膜を含むプリント回路を含む。本明細書で使用されるときに、「導電性トレース」という用語は、それを通して電子を伝導することができる連続線又は連続経路を記載することが意図される。例示的な実施形態において、非導電性領域は、合成ポリマー膜上又はその内部の導電性トレースに沿って横に配置されている。幾つかの実施形態において、導電性インクを使用して、導電性トレースを合成ポリマー膜上又はその中に堆積させることができる。「導電性インク」という用語は、本明細書で使用されるときに、キャリア液体(例えば、溶媒)中に導電性粒子を組み込んだ材料を指す。幾つかの実施形態において、導電性粒子は、銀、金、銅又は白金粒子を含む。適切な導電性インクの非限定的な例としては、2108−IPA(Nanogap Inc.,Richmond, CA)、UTDAgPA(UT Dots, Inc., Champaign, IL)、UTDAg60X(UT Dots, Inc., Champaign, IL)、PE872(DuPont, Wilmington, DE)、125−19FS(Creative Materials, Inc., Ayer, MA)及びCI1036(Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)が挙げられる。
導電性トレースを形成する他の導電性材料の非限定的な例としては、導電性金属粒子又はナノ粒子(例えば、銀、金、銅及び白金)、他の導電性材料の粒子又はナノ粒子(例えば、グラファイト又はカーボンブラック)、導電性ナノチューブ、導電性金属フレーク、導電性ポリマー及びそれらの組み合わせが挙げられる。本明細書で使用されるときに、「ナノ粒子」という用語は、導電性粒子の少なくとも1つの次元において1.0nm〜100nmのサイズを有する粒子を記載することが意図される。
導電性トレースは、電流が流れることができる回路を形成するために使用できる導電性パターンの形態であることができる。パターンは、例えば、図4に例示される平行線又は図8に示されるパターンなどのオープンパスを作成することができる。幾つかの実施形態において、電子部品(例えば、表面実装電子部品)は、導電性トレースパターン(例えば、図8に示されるパターンなど)に電気的に結合(例えば、接着)されて、図9に示されるような回路を作成することができる。図9に示される実施形態において、電子部品は、555タイマー910、LED920、470kΩ抵抗器930、20kΩ抵抗器940、100kΩ抵抗器950及び10マイクロファラッドコンデンサ960を含む。図9の端子907,908に対して3.7ボルトが課されたときに、LEDが点滅することに留意されたい。ラミネートを延伸及び緩和しても、LEDのフラッシュの速度又は強度に影響を及ぼさなかった。導電性トレースは、抵抗器、コンデンサ、発光ダイオード(LED)、集積回路、センサ、電源、及び、データ送信機及び受信機と結合するように構成できる。さらに、導電性トレースを使用して、例えば、ユーザの心拍速度又は血液中の酸素飽和度などの情報を、ユーザ又はユーザの医師に送信することができる。
導電性トレースは、多孔質又は非多孔質合成ポリマー膜の外面に分配され、及び/又は多孔質(又は微孔質)合成ポリマー膜の細孔中に堆積されうる。適切な合成ポリマー膜の非限定的な例としては、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)、ペルフルオロアルコキシアルカン(PFA)、変性ポリテトラフルオロエチレンポリマー、テトラフルオロエチレン(TFE)コポリマー、ポリプロピレン及びポリエチレンなどのポリアルキレン、ポリエステルスルホン(PES)、ポリエステル、米国特許公開番号第2016/0032069号明細書に教示されるようなポリ(p−キシリレン)(ePPX)、Sbrigliaの米国特許第9,926,416号明細書に教示されるような多孔質超高分子量ポリエチレン(eUHMWPE)、Sbrigliaの米国特許第9,932,429号明細書に教示されるような多孔質エチレンテトラフルオロエチレン(eETFE)、Sbrigliaらの米国特許第7,932,184号明細書に教示されるような多孔質ポリ乳酸(ePLLA)、Sbrigliaの米国特許第9,441,088号明細書に教示されるような多孔質ポリフッ化ビニリデン−コ−テトラフルオロエチレン又はトリフルオロエチレン[VDF−コ−(TFE又はTrFE)]ポリマーならびにそれらのコポリマー及び組み合わせが挙げられる。少なくとも1つの実施形態において、合成ポリマー膜は、ノード及びフィブリル微細構造を有する微孔質フルオロポリマー膜などの微孔質合成ポリマー膜であり、ここで、ノードはフィブリルによって相互接続され、細孔は膜全体にわたるノードとフィブリルとの間に位置するボイド又は空間である。例示的なノード及びフィブリルの微細構造は、Goreの米国特許第3,953,566号明細書に記載されている。
本明細書に記載の微孔性膜は、それらが約4.0m/cmを超える、約10m/cmを超える、約50m/cmを超える、約75m/cmを超える、最大100m/cmである比表面積を有するという点で、他の膜又は構造と区別されうる。幾つかの実施形態において、比表面積は約4.0m/cm〜100m/cmである。本明細書において、比表面積は、エンベロープ体積ではなく、骨格体積に基づいて規定される。さらに、微孔質合成ポリマー膜におけるフィブリルの大部分は、約1.0μm未満、又は約0.1μm〜約1.0μm、約0.3μm〜約1.0μm、約0.5μm〜約1.0μm又は約0.7μm〜約1.0μmの直径を有する。さらに、微孔性膜は薄く、厚さは約100μm未満、約75μm未満、約50μm未満、約35μm未満、約25μm未満、約20μm未満、約10μm未満、約5μm未満又は約3μm未満である。少なくとも1つの例示的な実施形態において、合成ポリマー膜は延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)膜である。Goreの米国特許第3,953,566号明細書、Bowenらの米国特許公開第2004/0173978号明細書、Bacinoらの米国特許第7,306,729号明細書、Bacinoの米国特許第5,476,589号明細書又はBrancaらの米国特許第5,183,545号明細書に記載されている方法に従って調製された延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)膜は本明細書で使用することができる。
1つの実施形態において、導電性トレースを合成ポリマー膜(例えば、非孔質合成ポリマー膜)の外面に適用して、プリント回路を形成することができる。幾つかの実施形態において、導電性トレースは、合成ポリマー膜の外面の部分にモノリシック(例えば、連続)コーティングを形成する。少なくとも1つの実施形態において、所望のパターンを有するステンシルは合成ポリマー膜の表面に適用される。当業者に知られている合成ポリマー膜の表面上にパターンを形成する他の形態は、本開示の範囲内であると考えられる。例示的な実施形態において、合成ポリマー膜は平坦(すなわち、平面)であり、導電性材料が適用されたときにしわを含まない。導電性材料(例えば、導電性インク)は、ステンシルが除去されると、導電性材料が所望のパターンで合成ポリマー膜上に残り、導電性トレースを形成するように、ステンシル上に適用される。導電性材料は、導電性トレースが合成ポリマー膜の外面の少なくとも一部の上に配置されてプリント回路を形成するように適用されうる。導電性トレース320を上に有する例示的な延伸ポリテトラフルオロエチレン膜310の一部の走査型電子顕微鏡写真(SEM)300は図10に示されている。導電性トレースに関して本明細書で使用されるときに、「上(on)」という用語は、トレースが合成ポリマー膜の表面上にある(すなわち、導電性材料が合成ポリマー膜の細孔内に配置されていない)、又は、トレースが合成ポリマー膜の表面上に実質的に配置されていること(すなわち、無視できる量の導電性材料が合成ポリマー膜の細孔中に配置されていることができる)ことを示すことが意図されることを理解されたい。「上(on)」はまた、導電性トレースが(介在要素なしで)基材上に直接配置され得ること、又は、介在要素が存在しうることを示すことが意図される。理論に束縛されることを望まないが、合成ポリマー膜の細孔中への導電性材料の無視できる侵入(例えば、ミクロン)により、導電性トレースの合成ポリマー膜の表面への改善された接着性がもたらされると考えられる。
別の実施形態において、導電性材料(例えば、導電性インク)は、導電性材料が合成ポリマー膜に吸収されて導電性材料を配置し、このようにして、合成ポリマー膜内に導電性トレースを配置してプリント回路を形成するように、多孔質又は微孔質合成ポリマー膜に適用されうる。図11は、導電性トレース420を中に吸収した、SEMマウンティングテープ430上に配置された例示的な延伸ポリテトラフルオロエチレン膜410の一部の走査型電子顕微鏡写真(SEM)400である。「吸収される」は、本明細書中に使用されるときに、液体キャリア(例えば、導電性インク)を介した多孔質又は微孔質合成ポリマー膜の既存の細孔又は空隙への導電性トレースの包含及び/又は堆積を記載することが意図され、特に充填膜を除外し、そこでは、導電性トレースは合成ポリマー膜の一体部分であり、細孔又は空隙内に幾らかの導電性トレースが露出していることがある。導電性材料を膜内の細孔又は空隙に堆積させる任意の既知の方法を本明細書で利用できることに留意されたい。幾つかの実施形態において、導電性トレースは、多孔質又は微孔質合成ポリマー膜の厚さを通して細孔を占める。そのようにして、導電性トレースは、多孔質又は微孔質合成ポリマー膜の細孔体積の大部分を占めることができる。例示的な実施形態において、細孔は、電子が通過するための導電性トレースを作成するのに十分な量の導電性材料を含む。導電性材料は、既知の堆積、コーティング方法及び吸収方法、例えばスクリーン印刷、オーバーコーティング、パッド印刷、フレキソグラフィック印刷、インクジェット印刷及びグラビア印刷によって合成ポリマー膜に適用されて、導電性トレースを形成することができる。上又は中に導電性トレースを有する合成ポリマー膜は、本明細書において、プリント回路と呼ばれる。
プリント回路は伸長された基材上に配置され、前記伸張された基材が解放されて緩和された非伸長状態に戻るときに、プリント回路の座屈は膜の平面外で又は合成ポリマー膜の「厚さ」方向で発生して、プリント回路に伸長性を導入することができる。図13は、合成ポリマー膜550(すなわち、延伸ポリテトラフルオロエチレン膜)及び導電性トレース540から形成された座屈したプリント回路560を上に有する例示的な伸長性基材510(すなわち、伸長性テキスタイル)のSEMである。プリント回路560は、不連続接着剤520により基材510に取り付けられている。図13に示される実施形態において、絶縁性オーバーコート530は、トレース540を外力から保護するために、導電性トレース540の上に配置される。プリント回路のこの平面圧縮は、合成ポリマー膜に長さを保存する。平面膜に伸長性を与えることなどによって、プリント回路に伸長性を導入するための様々な技術を使用することができる(ZagglらのWO2016/135188; Zagglらの米国特許公開第2016/0167291号明細書;Houseらの米国特許公開第5,026,513号明細書; Whiteの米国特許公開第2013/183515号明細書;Jainの米国特許公開第2011/167547号明細書; Wordenらの米国特許第4,443,511号明細書;Imaiらの米国特許公開第2009/227165号明細書及びDuttaらの米国特許第5,804,011号明細書)。機械的及び非機械的(例えば、熱的)処理技術を使用することができる。
1つのアプローチは、プリント回路を機械的に圧縮又は座屈させて、プリント回路内にしわを形成させ又は面外構造を生成したりすることである。例示的な実施形態において、圧縮は、平面プリント回路上で行われる。「座屈」又は「座屈配向」は、本明細書で使用されるときに、しわ、波形又は折り目などの面外構造を示すプリント回路を記載することが意図される。座屈は、一方向又は二方向でプリント回路に導入されうる。本明細書で使用されるときに、「x−y方向に圧縮される」、「x−y圧縮(compression)」又は「x−y圧縮(compressing)」は、一方向(すなわち、「x」方向又は「y」方向)又は両方向(すなわち、「x」及び「y」方向)での圧縮によりプリント回路に伸長性を導入することを指す。プリント回路を「x」及び「y」方向に順次又は同時に圧縮することができる。
少なくとも1つの実施形態において、圧縮は一方向(例えば、「x」方向)で行われる。「x」方向(例えば、膜面内)におけるプリント回路の圧縮は、面外(すなわち、「z」方向)である「座屈」又は構造を導入することができる。このような方法は、一般に、Zagglらの米国特許公開第2016/0167291号明細書に開示されており、多孔質フィルムは伸長状態で伸長性基材上に適用され、その結果、伸長された伸長性基材上への多孔質フィルムの可逆的接着は生じる。次に、伸長性基材は、その上に適用された多孔質フィルムとともに緩和されて、構造化又は圧縮された多孔質フィルムを得る。ZagglらのWO2016/135188に教示されている代替の実施形態において、ノード及びフィブリル構造を有する多孔質膜は、「z」方向への実質的な構造の導入がほとんど又はまったくないように圧縮され得る(すなわち、ノード及びフィブリル構造内のフィブリル圧縮)。
プリント回路における「座屈」又は面外構造は、非圧縮プリント回路の厚さの少なくとも2倍の高さを有することができる。さらに、面外(すなわち、z方向)構造の高さは、約2μm〜約2000μm又は約20μm〜約1000μmの範囲であることができる。さらに、少なくとも一方向の構造密度は、少なくとも1座屈/1mm、少なくとも2座屈/mm、少なくとも3座屈/mm、少なくとも4座屈/mm、少なくとも5座屈/mm、少なくとも6座屈/1mm、少なくとも7座屈/1mm、少なくとも8座屈/1mm、少なくとも9座屈/1mm又は少なくとも10座屈/1mmである。幾つかの実施形態において、構造密度は、1座屈/1mm〜10座屈/1mm、1座屈/1mm〜7座屈/1mm、1座屈/1mm〜5座屈/1mm又は1座屈/1mm〜3座屈/1mmである。
幾つかの実施形態において、プリント回路を形成するために、伸長性基材610は、図6Bに示されるように、プリント回路650の適用の前に、矢印615の方向(例えば、x−方向)に最初に伸長される。本明細書で使用されるときに、「伸長性」という用語は、1つ以上の方向に引っ張ることができるが、それが解放されると、材料は元の形状に戻るか又は実質的に戻る材料を示すことを意味する。さらに、伸長性基材610は、その上に、熱可塑性接着剤又は熱硬化性接着剤などの不連続接着剤を有する。接着剤は、図6Aに示されるような接着剤ドット620の形態で、グラビアプリンタによってパターン塗布されうる。プリント回路の不連続接着(又はプリント回路への連続接着)がプリント回路をx−及び/又はy−方向で圧縮されそしてz−方向で座屈することを可能にする限り、伸長性基材上の接着剤のパターンは限定されないことが理解されるべきである。したがって、グリッド又は平行線などの他のパターンは、プリント回路がx−方向及び/又はy−方向に圧縮し、そしてz−方向に座屈する限り、本発明の範囲内であると考えられる。
幾つかの実施形態において、プリント回路(すなわち、導電性トレースを備えた合成ポリマー膜)は、伸長状態において、接着剤、例えば、熱可塑性接着剤によって伸長基材に不連続に取り付けられている。伸長性基材は、伸長性基材の弾力性に応じて、元の緩和された長さの1.25倍、1.5倍、1.7倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍又は10倍(それ以上)まで伸長されうる。幾つかの実施形態において、伸長性基材は、基材の弾性限界に達するまで伸長される。
伸長性基材610が所望の量まで伸長されると、図6Bに示されるように、合成ポリマー膜660及び導電性トレース670を含むプリント回路650は、伸長された基材610上に配置され、伸長性基材610上に事前に取り付けられた接着剤ドット620を介して、伸長された基材に取り付けられる。導電性トレース670は、図6Bに示されるように、伸長された基材610から離れる方向を向くように配置されることができ、又は、導電性トレース670は、伸長された基材の方を向くように配置することができること(図示せず)が理解されるべきである。次に、プリント回路650を上に有する伸長性基材610は、図6Cに示されるように、矢印625の方向にその伸長されてない(すなわち、緩和された)状態に戻ることができ、これにより、プリント回路をx−方向に圧縮し、膜をz−平面で座屈して、面外構造(例えば、しわ、波形又は折り目)を形成する。
プリント回路650(合成ポリマー膜660を含む)は、合成ポリマー膜のz−方向のしわ又は折り目などの面外幾何形状を示し、例えば、限定するわけではないが、ZagglらのEP3061598A1、Zagglらの米国特許第9,849,629号明細書に記載されるものが挙げられる。そのような実施形態において、合成ポリマー膜は座屈配向を有する。使用できる伸長性基材の例としては、限定するわけではないが、伸長性テキスタイル又は布帛、伸長性不織布材料又は伸長性膜が挙げられる。
図6Cにおいて形成された導電性物品600は、導電性トレース670が、合成ポリマー膜660上にトレース670を印刷することによってなど、合成ポリマー膜660の表面に適用され、矢印625の方向にその緩和構成に縮められた実施形態を示す。導電性トレース670及び合成ポリマー膜660は座屈配向を有し、伸長性基材610への個別の接着点は熱可塑性ドット620に有することを図6Cにおいて見ることができる。この座屈により、プリント回路650は、導電性トレース670の導電性を破壊することなく、1つ以上の方向で伸長されるように、伸長性基材610とともに移動することができる。
幾つかの実施形態において、それぞれが合成ポリマー膜660及び導電性トレース670を有するプリント回路650,651は、図6Dに示されるように、伸長された基材610(すなわち、矢印615の方向に伸長された)の両面に適用されうる。言い換えれば、プリント回路650は、伸長された基材610の片側に配置され、そしてプリント回路651は、伸長された基材の反対側に配置されることができる。図6Cに示された実施形態と同様に、伸長された基材610は、矢印625の方向に、伸長されていない緩和状態に戻ることができ、それにより、プリント回路650,651をx−方向に圧縮し、合成ポリマー膜660をz−平面で座屈させて、図6Eに示すような面外構造(例えば、しわ、波形又は折り目)を形成することができる。プリント回路650,651における合成ポリマー膜660及び導電性トレース670は、互いに同じであっても又は異なっていてもよいことに留意されたい。
幾つかの実施形態において、図6Fに示されるように、導電性トレース670及び導電性トレース671は、合成ポリマー膜660の両側に配置され、プリント回路680を形成することができる。図6Gに示されるように、導電性トレース670は、合成ポリマー膜660の片側に配置され、導電性トレース671は、合成ポリマー膜660の反対側に配置され、垂直相互接続アクセス(VIA)675は、導電性トレース670,671を互いに電気的に連通して、フレキシブル回路690を形成することを可能にする。VIA675は、合成ポリマー膜に貫通孔を作成し、その孔を導電性材料で満たすことによって形成することができる。あるいは、VIAは、最初に貫通孔を作成する必要なしに、多孔質合成ポリマー膜の厚さを通して導電性材料を吸収することによって形成されうる。導電性トレース670,671は互いに同じであっても又は異なっていてもよいことに留意されたい。
幾つかの実施形態において、伸長性基材610は、導電性を維持しながら、伸長性基材の元の緩和構成の50%歪みまで伸長されうる。言い換えると、フレキシブル回路を50%歪みまで伸長したときに、プリント回路の抵抗は実質的に変化しない。すなわち、フレキシブル回路を50%歪みまで伸長したときに、プリント回路の抵抗は実質的に変化しない。例えば、プリント回路が10mmの場合に、抵抗を失うことなく又は有意に失うことなく、15mmの長さにまで伸長されうる。他の実施形態において、プリント回路は、伸長性基材の元の緩和構成の100%まで又は100%を超えてさらに伸長されたときに、無視できる抵抗変化を有する。波形又は座屈により、導電性トレースは、プリント回路なしの伸長性テキスタイルとほぼ同じ特性で1つ以上の方向に自由に伸長することができる。
図7Aに示される別の実施形態において、導電性トレースは合成ポリマー膜710に吸収され、プリント回路750を形成する。導電性物品700の構造は、導電性トレースが合成ポリマー膜710に吸収され、このように、別々に描かれていないことを除いて、図6A〜6Cに示されるものと同じであることに留意されたい。吸収プロセスの結果として、無視できる量の導電性材料が合成ポリマー膜の表面又は表面の一部に残る可能性があることを理解されたい。導電性トレースを中に含む合成ポリマー膜710を含むプリント回路750は、伸長性基材730がその緩和(非伸長)状態にあるときに、伸長性基材730上で座屈構成を有する。プリント回路750(合成ポリマー膜710を含む)は、接着剤ドット720(例えば、熱可塑性又は熱硬化性接着剤ドット)によって伸長性基材730に個別に取り付けられている。z−平面における合成ポリマー膜710の座屈は、プリント回路750が、1つ以上の方向に伸長されるときに、導電性トレースにおける導電性を破壊することなく、伸長性基材730とともに動くことを可能にする。図7Bに示される別の実施形態において、それぞれが導電性トレースを有する合成ポリマー膜750,751は、それぞれ、別個の接着剤ドット720によって基材730の片側に適用される。z−平面における合成ポリマー膜710,715の座屈は、1つ以上の方向に伸長されるときに、導電性トレースにおける導電性を破壊することなく、プリント回路750,751が伸長性基材730とともに動くことを可能にする。合成ポリマー膜710,715及びその中の導電性トレースは、互いに同じであっても又は異なっていてもよいことに留意されたい。
どの図にも描かれていないが、吸収プロセスの結果として、合成ポリマー膜の表面上又は一部の上に幾らかの導電性トレースが存在しうることを理解されたい。導電性トレースが液体キャリア(例えば、導電性インク)により適用される実施形態において、熱をプリント回路に適用して、液体キャリアを除去することができる。適用される温度は、合成ポリマー膜内の導電性トレース(例えば、金属粒子)を少なくとも部分的に融着して、導電性粒子の連続ネットワークを形成するのに十分であることができる。導電性トレースが合成ポリマー膜の表面に適用される場合などの他の実施形態において、熱をプリント回路に適用して、導電性トレース(例えば、金属粒子)を少なくとも部分的に溶融して、導電性粒子の連続ネットワークを合成ポリマー膜の表面上に形成することができる。他の実施形態において、熱を使用して、導電性粒子からリガンド又は他の処理助剤を除去することができる。
幾つかの実施形態において、絶縁性オーバーコートを導電性トレース上に適用して、導電性トレースを、外部要素から保護するのを助けることができ、外部要素としては、限定するわけではないが、摩耗が挙げられる。導電性トレースを絶縁するために使用される材料の非限定的な例としては、ウレタン(溶液として送達される)、アクリル(液体として送達される)、シリコーン、スチレンイソプレンブタジエンブロックコポリマー、バイトンFKM(合成ゴム及びフルオロポリマーエラストマー)、ポリオレフィン又はフルオロポリマーが挙げられる。
有利なことに、本明細書に記載の導電性物品は非常に可撓性が高く、以下に示すKawabata試験によって証明して、0.1グラム力−cm/cm未満の撓み度を有する。さらに、導電性物品は耐久性が高く、プリント回路における導電性を維持しながら、複数回の洗濯に耐えることができる。さらに、導電性物品は、本明細書に記載の伸長性対抵抗の試験によって規定して、高度に伸長性である。また、導電性物品はまた、通気性が高く、本明細書に記載の水蒸気透過速度(MVTR)試験によって証明して、少なくとも2000のMVTRを有する。
試験方法
特定の方法及び装置を以下に記載するが、当業者によって適切であると決定される他の方法又は装置を代替的に利用できることを理解されたい。
抵抗測定v.伸長性
図4に示されるパターンでプリント回路を上に含む座屈したテキスタイルを、図4に示される単一の印刷された導電線401が15mm幅のストリップ内で中央にあるように、トリミングした。ストリップを、INSTRON(登録商標)モデル5965のグリップに取り付け、印刷された導電線の両端とグリップの間に5mmのギャップができるように、ラミネートをグリップした。力ゲージが−0.1ニュートン〜0.1ニュートンの間に記録されるまで、グリップを離れるように動かした。ゲージの長さをゼロにし、Keithly(登録商標)580マイクロオーム計(Tektronix,Inc.,Beaverton,OR,USA)のマッチングソースとセンスリードを印刷線401の両端にそれぞれ接続した。ロードセルをゼロにし、サンプルを50%まで歪ませ、次に60mm/分で0%に戻した。抵抗は、試験サイクルの伸長段階と圧縮段階の両方で10%の歪み増分で測定した。
ATEQ空気流
ATEQ空気流は、膜サンプルを通過する空気の層流体積流速を測定するための試験方法である。各膜について、流路を横切って2.99cmの領域をシールするように、サンプルを2つのプレート間にクランプした。ATEQ(登録商標)(ATEQ Corp.,Livonia, MI)Premier D Compact Flow Testerを使用して、膜を通して1.2kPa(12mbar)の空気差圧で装填することにより各膜サンプルを通過する空気流速度(L/hr)を測定した。
ガーリー空気流
ガーリー空気流試験は、100cmの空気が0.177psi(約1.22kPa)の水圧で1in(約6.45cm)のサンプルを通して流れる時間を秒単位で測定する。サンプルを、GURLEY(商標)密度計及び滑らかさテスターモデル4340(Gurley Precision Instruments, Troy, NY)で測定した。報告される値は、3つの測定値の平均であり、秒単位である。
非接触厚
非接触厚は、レーザマイクロメータ(Keyenceモデル番号LS− 7010、Mechelen, Belgium)を使用して測定した。図12A及びBに示されるように、金属シリンダ1201を、レーザマイクロメータ光源1202とレーザマイクロメータ受信機1203との間に位置合わせした。シリンダ1201の上部の影1205は、図12Aに示されるように受信機1203に投影されている。次に、影の位置はレーザマイクロメータの「ゼロ」読み取り値としてリセットされた。図12Bに示されるように、膜1204の単層を、重なりもなく、しわもなく、金属シリンダ1201の表面上に覆い、影1206を受信機1203上に投影する。次に、レーザマイクロメータは、影1205及び1206の位置の変化をサンプルの厚さとして示した。各厚さを各サンプルにつき3回測定し、平均した。
面積あたりの質量(質量/面積)
サンプルの面積あたりの質量は、ASTM D3776(布帛の単位面積あたりの質量(重量)の標準試験方法)試験方法(選択肢C)に従って、Mettler−Toledoスケール、モデル1060を使用して測定した。試験片を計量する前に秤を再校正し、結果を1平方メートルあたりのグラム数(g/m)で報告した。
洗浄試験耐久性
洗浄試験は、Kenmore洗濯機(80シリーズ)で行った。荷重は1814.4±113.4グラムであった。水位は18±1ガロン(約68.1±3.79L)であった。洗濯機の設定は12分のコットンスターディ(Cotton Sturdy)であった。洗浄温度は120±5°F(約48.9±2.78℃)であった。洗濯洗剤はオリジナルタイドパウダー(3700085006)であった。石鹸の量は11.0±0.1グラムであった。乾燥はKenmore600ドライヤで行った。ドライヤの設定はコットンスターディであった。自動湿分検知機能はノーマルドライに設定され、サンプルが乾燥したときに乾燥サイクルを終了した。1つの完全な洗濯耐久性サイクルは、1つの洗濯サイクル及び1つの乾燥サイクルからなる。各導電性トレースの抵抗は、0、1、3、6、10、15及び20サイクル後に、以下の方法で測定した。KEITHLEY(登録商標)2750マルチメータシステム(Tektronix, Inc., Beaverton, OR, USA)を使用してDC抵抗の2点プローブ測定を行った。合成ポリマー膜は、大きなしわを取り除くために平らに置かれたが、基材(すなわち、布帛)は緩和状態のままであった(すなわち、伸長されていなかった)。正及び負のプローブを各トレースの両端に手で配置し、抵抗の値を記録した。試験されたトレースの数は5であった。洗浄試験耐久性は、トレースの50%が1メガオーム(MΩ)の抵抗を超える前の洗浄サイクルの数として報告した。
水蒸気透過速度(MVTR)測定
35重量部の酢酸カリウム及び15重量部の蒸留水からなる約70mLの溶液を、口の内径が6.5cmである133mLポリプロピレンカップに入れた。Crosbyの米国特許第4,862,730号明細書に記載されている方法で試験して、最小MVTRが約85,000g/m/24時間である延伸ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)膜を、ラバーバンドを使用してカップの縁に取り付けて、酢酸カリウム溶液を含む、ぴんと張った漏れのない微孔質バリアを形成した。
同様の延伸PTFE膜をウォーターバスの表面に取り付けた。ウォーターバスアセンブリを、温度制御された部屋及び水循環浴を利用して、23±0.2℃に制御した。
試験手順を行う前に、試験するサンプルを23℃の温度及び50%の相対湿度で条件調節した。導電性トレースがウォーターバスの表面に取り付けられた延伸ポリテトラフルオロエチレン膜とは反対側を向くようにサンプルを配置し、カップアセンブリの導入前に少なくとも15分間平衡化させた。カップアセンブリの重量を1/1000g単位で測定し、逆さまにして試験サンプルの中央に配置した。
ウォーターバス中の水と飽和塩溶液との間の駆動力によって水輸送を提供し、その方向への拡散によって水流束を提供した。サンプルを15分間試験し、次いで、カップアセンブリを取り外し、1/1000g以内で再度計量した。
サンプルのMVTRを、カップアセンブリの重量増加から計算し、24時間あたりのサンプル表面積1平方メートルあたりの水のグラム数で表した。
マトリックス引張強度の決定
ASTM D412−ドッグボーンFを使用して、合成ポリマー膜を長手方向及び横断方向のそれぞれに切断した。「機械方向」は押出方向であり、「横断方向」はこれに垂直である。膜が切断される領域にシワがないように、膜を切断テーブル上に置いた。次に、ダイを膜の上に(一般に膜の中央200mm)、その長手軸が試験される方向と平行になるように配置した。ダイの位置を合わせたら、圧力をかけて合成ポリマー膜を切断した。圧力を取り除いたときに、ドッグボーンサンプルを検査して、引張試験に影響を与える可能性のある縁欠陥がないことを確認した。このようにして、機械方向に少なくとも3つのサンプル、横断方向に3つのサンプルを調製した。ドッグボーンサンプルを調製したら、メトラートレドスケール、モデルAG204を使用して、それらの質量を測定して決定した。
引張破壊荷重は、サンプルの両端が1つのゴム被覆プレートと1つの鋸歯状プレートの間に保持されるように、ゴム被覆フェースプレート及び鋸歯状フェースプレートを備えたINSTRON(登録商標)5500R(Illinois Tool Works Inc., Norwood, MA)引張試験機を用いて測定した。グリッププレートにかかった圧力は約552kPaであった。グリップ間のゲージ長は58.9mmであり、クロスヘッド速度(プル速度)は508mm/分に設定した。500N荷重セルを使用してこれらの測定を行い、50ポイント/秒の速度でデータを収集した。同等の結果を保証するために、実験室の温度は20〜22.2℃であった。サンプルがグリップ界面で破壊した場合に、データを破棄した。機械方向における少なくとも3つのサンプル及び横断方向における3つのサンプルをうまく引張り(グリップから滑り落ちず、又は、グリップで破壊せずに)、サンプルを特性化した。
以下の式を使用して、マトリックスの引張強度を計算した。
MTS=((Fmax/w)*p)/質量:面積
(上式中、MTS=MPa単位のマトリックス引張強度であり、
max=試験中に測定された最大荷重(ニュートン)であり、
w=ゲージ長内のドッグボーンサンプルの幅(メートル)であり、
p=PTFEの密度(2.2×106g/m)又はポリエチレンの密度(0.94g/m)であり、そして
質量:面積=サンプルの面積あたりの質量(g/m)である)。
Kawabata撓み度測定
ラミネート化サンプルの低力曲げ挙動は、Kawabata純曲げ試験機(KES−FB2−Auto−A;カトーテック株式会社、京都、日本)を使用して測定した。ラミネート化サンプルを、印刷されたパターンがほぼ中央に配置され、印刷線が7cmの幅に垂直になるように7cmの幅に切断した。印刷線がグリップ間のギャップにまたがるように、サンプルを曲げ試験機のグリップ内に配置した。機械感度を10に設定した。機械は、加えられた荷重を記録しながら、グリップを自動的に締め、ラミネート化サンプルを両方向に2.5cm−1の曲率まで曲げた。報告されたB−平均値は、ラミネート化サンプルが0.5〜1.5cm−1及び−0.5〜−1.5cm−1で曲げられたときのラミネート化サンプルの曲げ剛性の平均である。曲げ剛性はグラム力cm/cmで報告される。
バブルポイント
バブルポイント圧力は、キャピラリーフローポロメーター(Quantachrome Instruments, Boynton Beach, Floridaのモデル3Gzh)を使用して、ASTM F316−03の一般教示に従って測定した。サンプル膜をサンプルチャンバに入れ、表面張力が20.1ダイン/cmであるシルウィックシリコーン液(Porous Materials Inc.から入手可能)で湿らせた。サンプルチャンバの下部クランプは、直径2.54cm、厚さ0.159cmの多孔質金属ディスクインサート(Quantachrome部品番号75461ステンレス鋼フィルタ)を有し、サンプルを支持するために使用した。3GWinソフトウェアバージョン2.1を使用して、以下のパラメータをすぐ下の表に指定されているように設定した。バブルポイント圧力について示されている値は、2つの測定値の平均である。バブルポイント圧力を以下の式を使用して細孔サイズに変換した。
DBP=4γlvcosθ/PBP
(上式中、DBPは細孔サイズであり、γlvは液体の表面張力であり、θは材料表面上での流体の接触角であり、PBPはバブルポイント圧力である)。当業者は、バブルポイント測定に使用される流体がサンプルの表面を濡らさなければならないことを理解している。
Figure 2021523568
ePTFE膜
ePTFE膜1− ePTFE膜の調製
ePTFE膜をBowenらの米国特許公開第2004/0173978号明細書に記載されている一般教示に従って製造した。ePTFE膜は面積あたりの質量が4.6g/mであり、多孔度が87%であり、非接触厚が15.5μmであり、ガーレー数が4.5秒であり、ATEQ空気流が12mbarで17リットル/cm/時間であり、機械方向のマトリックス引張強度が258MPaであり、横断方向のマトリックス引張強度が329MPaであり、比表面積が14.520m/gであり、そして体積あたりの表面積が31.944m/cmであった。ePTFE膜の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を図1に示す。
ePTFE膜2−ePTFE膜の調製
ePTFE膜を、Goreの米国特許第3,953,566号明細書に記載されている一般教示に従って製造した。ePTFE膜は面積あたりの質量が16.6g/mであり、多孔度が80%であり、非接触厚が37.6μmであり、バブルポイントが156kPaであり、機械方向でのマトリックスの引張強度が42.4MPaであり、横断方向でのマトリックス引張強度が116.4MPaであり、比表面積が7.891m/gであり、体積あたりの表面積が17.75m/cmであった。ePTFE膜のSEM画像を図2に示す。

本出願の発明は、一般的に及び特定の実施形態の両方に関して上記で記載されてきた。本開示の範囲から逸脱することなく、実施形態において様々な修正及び変形を行うことができることは当業者に明らかであろう。したがって、実施形態は、それらが添付の特許請求の範囲及びそれらの均等形態の範囲内に入るという条件で、本発明の修正及び変形を網羅することが意図される。
例1
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)(膜1)を吸収のための基材として使用した。ePTFE膜は、直径6インチ(約15.24cm)のアルミニウムフープの上に置き、ステンレス鋼バネを周囲に配置してフープに固定し、手で基材に張力をかけてしわを取り除くことで拘束された。ステンシルの接着中にePTFE膜を支持するために、ePTFE膜を拘束するフープを、フープ内に適合するように機械加工されたきれいなDelrin(登録商標)ディスク(DowDuPont, Wilmington, DEから入手可能なアセタールホモポリマー樹脂)の上に配置した(ディスクはePTFE基材の「底」に接触したきれいな表面を提供した)。
ステンシルを調製するために、テープ片(Scapa Type 536、ポリエステルフィルム、アクリル接着剤でシングルコーティング、Scapa North America, Winsor, CT)を剥離紙に転写した。レーザカッタ(PLS6.75レーザカッタ、Universal Laser, Scottsdale, AZ)を使用して、テープに孔を開けて、図4に示されるパターンを形成した。図4に提供される寸法はミリメートル(mm)で、適用されるパターンのサイズを示す。両端矢印402は、伸長性テキスタイルとフレキシブル回路との位置合わせを例示するために示されている。次に、テープステンシルを剥離紙から取り除き、ePTFE膜の露出した「上面」の表面に手で押し付けて、ステンシルをePTFE膜にしっかりと接着させた。次に、フープに拘束されたままのステンシル及びePTFE膜を、Delrin(登録商標)ディスクから取り外し、実験室のドラフト内に置いて吸収させた。
導電性インクの吸収
過剰の導電性インク(2108−IPA;安定して分散した銀ナノ粒子を含むインク配合物、Nanogap Inc., Richmond, CAから入手可能)を、ステンシルの孔を通してePTFE膜の上面にピペットで移した。このプロセスが完了したら、上面を単層セルロースワイプ(Delicate Task Wiper;KIMWIPES(登録商標); Kimberly−Clark, Roswell, GA)で徹底的に拭き、余分なインクをすべて除去した。次いで、テープステンシルをすぐに取り外した。ステンシルの除去はまた、ステンシルに付着した基材の上面の一部を除去したが、除去された量は無視できると考えられた。次に、フープに拘束されたままの吸収されたePTFE膜を、フード内で少なくとも10分間空気乾燥させ、次いで、熱風対流炉内で200℃で60分間熱処理した。
接着剤ドットを伸長性テキスタイルに結合
UTポリウレタン熱可塑性接着剤(Protechnic, Cernay France)を、18Q236グラビアパターンを使用して剥離紙上に印刷した。ナイロン/ポリエステル/エラスタンブレンドの綾織りの経糸方向ストレッチテキスタイル(TD36B, Formosa Chemicals and Fiber Corporation, Taipei, Taiwan)を緩和した長さの約2倍に経糸方向に伸長させ、矩形フレームに拘束した。112mmx152mmのポリウレタン接着剤印刷剥離紙のシートをテキスタイル上に配置し、Tシャツプレスで135℃で約5秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却したら、剥離紙を取り除き、ポリウレタン接着剤ドットを伸長性テキスタイルに結合したままにした。
構造化(「座屈」)ラミネートの調製
導電性トレースが吸収されたePTFE膜(すなわち、プリント回路)を、プリントパターンがほぼ中央に配置された状態で128mmx78mmにトリミングした。次に、プリント回路を、テキスタイルに結合された接着剤ドットの上で中心に置き、図4の矢印402をテキスタイルの経糸方向と整列させた。次に、プリント回路をTシャツプレスで135℃にて約5秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却後に、テキスタイルをフレームから解放し、緩和状態に戻させ、それによってプリント回路をテキスタイルとともに圧縮及び座屈させた(導電性物品)。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験は、上記の試験方法で記載したように行った。この抵抗試験の結果を図5及び表1に示す。不連続曲線501は、ラミネート化されていないテキスタイルの荷重−歪み関係を示し、一方、連続曲線502は、各サンプルが50%歪みに伸長されそして0%歪みに戻ったときの可撓性物品の荷重−歪み関係を示す。両方とも一次y−軸で読み取られる。円形マーカ503は、歪みに対するラミネート化サンプルの導電性トレースのオーム単位の抵抗を示し、二次y軸で読み取られる。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、プリント回路の抵抗は実質的に変化しないままであることが決定された。
洗浄試験
洗浄試験耐久性は、上記の試験方法に記載されているように行われた。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、プリント回路が20回を超える洗浄サイクルに耐えたことが決定された。
MTVR
水蒸気透過速度は、上記の試験方法に記載されているように測定された。MVTRは16114g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
Kawabata曲げ試験は、上記の試験方法に記載されているように行われた。Kawabata曲げ試験値は0.0418グラム力−cm/cmと測定された。
例2
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)(膜1)を印刷のための基材として使用した。ePTFE膜を、直径356mmの刺繍フープに拘束し、しわを取り除くために張力をかけ、図4に示されるパターンで導電性インクを使用してスクリーン印刷した。図4に示される寸法はmm単位で、適用されるパターンのサイズを示す。両端矢印402は、基材とフレキシブル回路との位置合わせを例示するために示されている。スクリーン印刷は、モデルMSP−088スクリーンプリンタ(HMI Manufacturing, Lebanon, NJ)と、200TPI(スレッド/ワイヤ/インチ、約78.74ワイヤ/cm)、1.6mil(約40.64μm)のワイヤ直径を備えたステンレススチールスクリーン及び12.7μmのエマルジョンを使用して行った。使用した導電性インクはCI1036(高導電性銀インク、全固形分66%、Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)であった。インクを対流炉で120℃で20分間乾燥した。プリント回路は、ePTFE膜のほぼ中央にプリントパターンを配置して基材を128mmx78mmにトリミングすることにより、刺繍フープから取り外した。
ポリウレタン接着剤ドットを伸長性テキスタイルに結合するプロセスは例1に記載のプロセスに従った。伸長性テキスタイルは例1で使用されたものと同じであった。
構造化(「座屈」)ePTFEラミネートの調製は、例1で記載したプロセスに従って、プリント回路を伸長性テキスタイルに接着した(例えば、導電性物品)。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験は、上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、回路の抵抗は実質的に変化しないままであった。
洗浄試験
洗浄試験耐久性は、上記の試験方法に記載されているように行った。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、プリント回路は3回を超える洗浄サイクルに耐えたことが決定された(表1)。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度は、上記の試験方法で記載したように測定した。 MVTRは16085g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
Kawabata曲げ試験は、上記の試験方法で記載したように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0364グラム力−cm/cmと測定された。
例3
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)(膜2)を印刷のための基材として使用した。ePTFE膜を、直径356mmの刺繍フープに拘束し、しわを取り除くために張力をかけ、図4に示されるパターンで導電性インクを使用してスクリーン印刷した。図4に示される寸法はmm単位であり、参照のために示され、適用されるパターンのサイズを示す。両端矢印402は、基材とフレキシブル回路との位置合わせを例示するために示されている。スクリーン印刷は、モデルMSP−088スクリーンプリンタ(HMI Manufacturing, Lebanon, NJ)、 200TPI(スレッド/ワイヤ/インチ、約78,74ワイヤ/cm)、1.6ミル(約40.64μm)のワイヤ直径を備えたステンレススチールスクリーン、及び、12.7μmエマルジョンを使用して行った。使用した導電性インクはCI1036(高導電性銀インク、全固形分66%、Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)であった。インクを対流炉にて120℃で20分間乾燥させた。印刷されたePTFE膜は、ePTFE膜のほぼ中央に印刷されたパターンで基材を128mmx78mmにトリミングすることにより、刺繍フープから取り外した。
接着剤ドットを伸長性テキスタイルに結合するプロセスは、例1で記載したプロセスに従った。テキスタイルは、例1で使用したものと同じであった。
構造化(「座屈」)ePTFEラミネートの調製は、例1で記載したプロセスに従って、フレキシブル回路を伸長性テキスタイルに接着した。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験は、上記の試験方法で記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで延長したときに、回路の抵抗は実質的に変化しないままであった。
洗浄試験
洗浄試験耐久性は、上記の試験方法に記載されているように行った。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、プリント回路が3回を超える洗浄サイクルに耐えたものと決定された(表1)。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度を、上記の試験方法に記載されているように測定した。MVTRは14263g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
Kawabata曲げ試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0348グラム力−cm/cmと測定された。
例4
市販の25μm厚の熱可塑性ポリウレタンフィルム(TPU)であるDUREFLEX(登録商標)PT1710S(Covestro LLC, Whately, MA)を得た。TPUフィルムを、直径356mmの刺繍フープに拘束し、しわを取り除くために張力をかけ、図4に示されるパターンで導電性インクを使用してスクリーン印刷した。図4に示される寸法はmm単位であり、参照のために示され、適用されるパターンのサイズを示す。両端矢印402は、基材とフレキシブル回路との位置合わせを例示するために示されている。
スクリーン印刷は、モデルMSP−088スクリーンプリンタ(HMI Manufacturing, Lebanon, NJ)と、200TPI(スレッド/ワイヤ/インチ、約78,74ワイヤ/cm)、1.6ミル(約40.64μm)のワイヤ直径を備えたステンレススチールスクリーン、及び12.7μmエマルジョンを使用して行った。使用した導電性インクはCI1036(高導電性銀インク、全固形分66%、Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)であった。インクは対流炉にて120℃で20分間乾燥した。印刷された基材を、PTUフィルムのほぼ中央に印刷されたパターンで128mmx78 mmにトリミングすることにより、刺繍フープから取り外した。
接着剤ドットを伸長性テキスタイルに接着するプロセスは、例1で記載したプロセスに従った。テキスタイルは例1と同じであった。
構造化(「座屈」)ラミネートの調製は、例1で記載したプロセスに従って、フレキシブル回路を伸長性テキスタイルに接着した。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験は、上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、回路の抵抗は実質的に変化しないままであった。
洗浄試験
洗浄試験耐久性は、上記の試験方法に記載されているように行った。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、プリント回路が1回の洗浄サイクルに耐えたものと決定された(表1)。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度は、上記の試験方法に記載されているように測定した。MVTRは2459g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
Kawabata曲げ試験は、上記の試験方法に記載されているように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0527グラム力−cm/cmとして測定された。
例5
厚さ12μmの多孔質ポリエチレンリチウムイオン電池セパレータ(T3、Pair Materials Co. Ltd, Dongguan, China)を得た。ポリエチレン膜は、面積あたりの質量が7.0g/mであり、多孔度が40%であり、厚さが12.4μmであり、バブルポイントが1543kPaであり、機械方向でのマトリックス引張強度が314MPaであり、横断方向でのマトリックス引張強度が233MPaであり、比表面積が34.1m/gであり、体積あたりの表面積が32.1m/cmである。ポリエチレン膜のSEM画像を図3に示す。
ポリエチレンフィルムを、直径356mmの刺繍フープに拘束し、しわを取り除くために張力をかけ、図4に示されるパターンで導電性インクを使用してスクリーン印刷した。図4に示される寸法はmm単位であり、参照のために示され、適用されるパターンのサイズを示す。図4の両端矢印402は、基材とプリント回路との位置合わせを例示するために示されている。スクリーン印刷は、モデルMSP−088スクリーンプリンタ(HMI Manufacturing, Lebanon, NJ)、200TPI(スレッド/ワイヤ/インチ、約78.74ワイヤ/cm)、1.6mil(約40.64μm)のワイヤ直径を有するステンレススチールスクリーン、及び、12.7μmエマルジョンを使用して行った。使用した導電性インクはCI1036(高導電性銀インク、全固形分66%、Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)であった。インクは対流炉にて120℃で20分間乾燥した。印刷されたポリエチレンフィルムは、ポリエチレンフィルムのほぼ中心にある印刷パターン(プリント回路)で128mm×78mmにポリエチレンフィルムをトリミングすることにより、刺繍フープから取り外した。
接着剤ドットを伸長性テキスタイルに接着するプロセスは、例1で記載したプロセスに従った。テキスタイルは例1で使用したものと同じであった。
構造化(「座屈」)ラミネートの調製は、例1に記載したプロセスに従って、フレキシブル回路を伸長性テキスタイルに接着した。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験は、上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、回路の抵抗は実質的に変化しないままであった。
洗浄試験
洗浄試験の耐久性は、上記の試験方法に記載されているように行った。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、プリント回路は3回の洗浄サイクルに耐えることが決定された(表1)。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度を、上記の試験方法に記載されているように測定した。MVTRは9721g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
Kawabata曲げ試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0970グラム力−cm/cmと測定された。
例6
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)膜(膜1)を基材として使用した。吸収のためのePTFE膜を調製するために、ePTFE膜を直径6インチのアルミニウムフープの上に置き、ステンレス鋼のバネを周囲に配置してフープに固定し、ePTFE膜に張力をかけてしわを取り除くことで拘束した。ステンシルの接着中にePTFE膜を支持するために、ePTFE膜を拘束するフープを、フープ内に収まるように機械加工された、きれいなDelrin(登録商標)(DowDuPont, Wilmington, DEから入手可能なアセタールホモポリマー樹脂)ディスク上に配置し、それはePTFE膜の「底」に接触したきれいな表面を提供した。ステンシルを調製するために、一片のテープ(Scapa Type 536;アクリル接着剤でシングルコーティングされたポリエステルフィルム; Scapa North America, Windsor, CT)を剥離紙に移し、レーザカッタ(PLS6.75レーザカッタ、Universal Laser,Scottsdale, AZ)を使用して、図4に示すパターンでテープステンシルに孔を開けた。図4に示される寸法はmm単位であり、パターンのサイズを指示するように示されている。
次に、テープステンシルを剥離紙から除去し、ePTFE膜の露出した「上面」の表面に手で押し付けて、ePTFE膜にしっかりと接着させた。次に、フープに拘束されたままのステンシルとePTFE膜を、Delrin(登録商標)ディスクから取り外し、実験室のドラフト内に置いて吸収させた。過剰の導電性インク(Nanogap, Inc.から入手可能な2108−IPA)を、テープステンシルの孔を通してePTFE膜の上面にピペットで移した。このプロセスが完了したら、ステンシル/ePTFE膜の上面をキムワイプ(Kimberly Clark, デリケートタスクワイパー、1プライ)で完全に拭き、余分なインクをすべて取り除いた。その後、テープステンシルをすぐに取り外した。ステンシルを除去すると、ステンシルに付着していたePTFE膜の上面の一部も除去されたが、その量は無視できると考えられた。次に、フープに拘束されたままの吸収されたePTFE膜(プリント回路)をフード内で少なくとも10分間空気乾燥させ、次いで、熱風対流炉内で200℃で60分間熱処理した。
UTポリウレタン熱可塑性接着剤(Protechnic, Cernay France)を、18Q236グラビアパターンを使用して剥離紙上に印刷した。ナイロン/ポリエステル/エラスタンブレンドの綾織りである経糸方向伸長性テキスタイル(TD36B、Formosa Chemicals and Fiber Corporation, Taipei, Taiwan)を、布帛が非伸長(緩和)状態の矩形のフレームに拘束した。112mmx152mmの接着剤の印刷された剥離紙をテキスタイル上に配置し、Tシャツプレスで剥離紙とテキスタイルを135℃で約5秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却したら、剥離紙を除去し、接着剤ドットをテキスタイルに結合させたままにした。プリント回路をテキスタイルに接着するために、プリント回路を最初に、プリントパターンをテキスタイルに結合された接着剤ドットのほぼ中心として、128mm×78mmにトリミングし、図4の矢印402をテキスタイルの経糸方向に整列させた。次に、プリント回路を含むテキスタイルをTシャツプレスで135℃で約5秒間プレスすることにより、プリント回路をテキスタイルに熱ラミネートした。冷却後に、テキスタイルをフレームから解放した。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路が50%の歪みまで伸長したときに、プリント回路の抵抗は有意に増加した。
洗浄試験
洗浄試験耐久性を、上記の試験方法に記載されているように行った。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、サンプルは6回の洗浄サイクルに耐えたと決定された(表1)。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度を、上記の試験方法に記載されているように測定した。MVTRは17127g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
Kawabata曲げ試験を、上記の試験方法で記載したように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0669グラム力−cm/cmと測定された。
例7
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)膜(膜1)を基材として使用した。ePTFE膜を、直径356mmの刺繍フープに拘束し、しわを取り除くために張力をかけ、図4に示されるパターンで導電性インクを使用してスクリーン印刷した。図4に示される寸法はmm単位であり、参照のために示され、適用されるパターンのサイズを示す。スクリーン印刷は、モデルMSP−088スクリーンプリンタ(HMI Manufacturing, Lebanon, NJ)、200TPI(スレッド/ワイヤ/インチ、約78,74ワイヤ/cm)、1.6mil(約40.64μm)のワイヤ直径を備えたステンレススチールスクリーン、及び12.7μmのエマルジョンを使用して行った。使用した導電性インクはCI1036(高導電性銀インク、全固形分66%、Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)であった。インクを対流炉にて120℃で20分間乾燥した。印刷されたePTFE膜は、印刷されたパターンをePTFE膜のほぼ中央にしてePTFE膜を128mmx78mmにトリミングすることにより、刺繍フープから取り外した。
UTポリウレタン熱可塑性接着剤(Protechnic, Cernay France)を、18Q236グラビアパターンを使用して剥離紙上に印刷した。ナイロン/ポリエステル/エラスタンブレンドの綾織りである経糸方向伸長性テキスタイル(TD36B、Formosa Chemicals and Fiber Corporation, Taipei, Taiwan)を、布帛が非伸長(緩和)状態で矩形のフレームに拘束した。112mmx152mmの接着剤の印刷された剥離紙をテキスタイル上に配置し、Tシャツプレスで剥離紙とテキスタイルを135℃で約5秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却したら、剥離紙を取り除き、接着剤ドットをテキスタイルに接着させたままにした。プリント回路をテキスタイルに接着するために、プリント回路を最初に、プリントパターンをテキスタイルに接着された接着ドットのほぼ中心にして128mm×78mmにトリミングし、図4の矢印402をテキスタイルの経糸方向に整列させた。次に、プリント回路を含むテキスタイルをTシャツプレスにて135℃で約5秒間プレスすることにより、プリント回路をテキスタイルに熱ラミネートした。冷却後に、テキスタイルをフレームから解放した。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、回路の抵抗は有意に増加するものと決定した。
洗浄試験
洗浄試験耐久性を、上記の試験方法に記載されているように行った。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、サンプルは1回の洗浄サイクルに耐えたものと決定した(表1)。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度を、上記の試験方法に記載されているように測定した。MVTRは16259g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
Kawabata曲げ試験を、上記の試験方法に記載されているように、フレキシブル回路で行った。Kawabata曲げ試験値は0.0544グラム力−cm/cmと測定された。
例8
市販の25μm厚の熱可塑性ポリウレタンフィルム(TPU)、DUREFLEX(登録商標)PT1710S(Covestro LLC, Whately, MA)を得た。TPUフィルムを、直径356mmの刺繍フープに拘束し、しわを取り除くために張力をかけ、図4に示されるパターンで導電性インクを使用してスクリーン印刷した。図4に示される寸法はmm単位であり、適用されるパターンのサイズを示す。両端矢印402は、基材とフレキシブル回路との位置合わせを例示するために示されている。
スクリーン印刷は、モデルMSP−088スクリーンプリンタ(HMI Manufacturing, Lebanon, NJ)、200TPI(スレッド/ワイヤ/インチ、約78,74ワイヤ/cm)、1.6ミル(約40.64μm)のワイヤ直径を備えたステンレススチールスクリーン、及び12.7μmエマルジョンを使用して行った。使用した導電性インクはCI1036(高導電性銀インク、全固形分66%、Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)であった。インクを対流炉にて120℃で20分間乾燥した。印刷されたTPUフィルムを、印刷されたパターンがほぼ中央にくるように基材を128mmx78 mmにトリミングすることにより、刺繍フープから除去した。
UTポリウレタン熱可塑性接着剤(Protechnic, Cernay France)を、18Q236グラビアパターンを使用して剥離紙上に印刷した。ナイロン/ポリエステル/エラスタンブレンドの綾織りである経糸方向伸長性テキスタイル(TD36B, Formosa Chemicals and Fiber Corporation, Taipei, Taiwan)を、布帛が非伸長(緩和)状態で矩形のフレームに拘束した。112mmx152mmの接着剤の印刷された剥離紙をテキスタイル上に配置し、Tシャツプレスで剥離紙とテキスタイルを135℃で約5秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却したら、剥離紙を取り除き、接着剤ドットをテキスタイルに接着させたままにした。プリント回路をテキスタイルに接着するために、プリント回路を最初に、プリントパターンをテキスタイルに結合された接着剤ドットのほぼ中心として128mm×78mmにトリミングし、図4の矢印402をテキスタイルの経糸方向に整列させた。次に、プリント回路を含むテキスタイルをTシャツプレスにて135℃で約5秒間プレスすることにより、プリント回路をテキスタイルに熱ラミネートした。冷却後に、テキスタイルをフレームから解放した。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験は、上記の試験方法に記載されているように行った。ラミネートを50%の歪みまで伸長したときに、プリント回路の抵抗は有意に増加するものと決定された。
洗浄試験
洗浄試験耐久性を、上記の試験方法に記載されているように行った。プリント回路は、トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、1回の洗浄サイクルに耐えた(表1)。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度は、上記の試験方法に記載されているように測定した。 MVTRは1852g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
フレキシブル回路のKawabata曲げ試験は、上記の試験方法に記載されているように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0710グラム力−cm/cmと測定された。
例9
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)(膜1)を基材として使用した。吸収のためのePTFE膜を調製するために、ePTFE膜を直径6インチのアルミニウムフープの上に置き、ステンレス鋼のバネを周囲に配置してフープに固定し、ePTFE膜に張力をかけてしわを取り除くことで拘束した。ステンシルの接着中にePTFE膜を支持するために、ePTFE膜を拘束するフープを、フープ内に収まるように機械加工されたきれいなDelrin(登録商標)(DowDuPont, Wilmington, DEから入手可能なアセタールホモポリマー樹脂)ディスク上に配置し、それはePTFE膜の「底」に接触したきれいな表面を提供した。ステンシルを調製するために、一片のテープ(Scapa Type 536;アクリル接着剤でシングルコーティングされたポリエステルフィルム; Scapa North America, Windsor, CT)を剥離紙に移し、レーザカッタ(PLS6.75レーザカッタ、UniversalLaser, Scottsdale, AZ)を使用して、図4に示すパターンでテープステンシルに孔を開けた。図4に示される寸法はmm単位であり、パターンのサイズを指示するために示されている。
次に、テープステンシルを剥離紙から取り除き、ePTFE膜の露出した「上面」の表面に手で押し付けて、ePTFE膜にしっかりと接着させた。次に、フープに拘束されたままのステンシルとePTFE膜を、Delrin(登録商標)ディスクから取り外し、実験室のドラフト内に置いて吸収させた。過剰の導電性インク(Nanogap, Inc.から入手可能な2108−IPA)を、テープステンシルの孔を通してePTFE膜の上面にピペットで移した。このプロセスが完了したら、ステンシル/ePTFE膜の上面をキムワイプ(Kimberly Clark、デリケートタスクワイパー、1プライ)で完全に拭き、余分なインクをすべて除去した。その後、テープステンシルをすぐに取り外した。ステンシルを除去すると、ステンシルに付着していたePTFE膜の上面の一部も除去したが、その量は無視できると考えられた。次に、フープに拘束されたままの吸収されたePTFE膜を、フード内で少なくとも10分間空気乾燥させた後に、熱風対流炉にて200℃で60分間熱処理した。
剥離ライナー上の接着剤ドットのアレイは、アクリル感圧接着剤(ARCARE(登録商標)7396, Adhesives Research, Glen Rock, PA)から調製された。剥離ライナー上の感圧接着剤を、PLS6.75レーザカッタ(Universal Laser, Scottsdale, AZ)を使用して、20%の出力設定、100%の速度でドットのアレイにレーザカットした。この設定により、剥離ライナーを通して切断することなく、接着剤を完全に切断することができた。廃棄物材料が除去されて廃棄されると、2mmの中心に直径1mmのドットの正方形の配列を作成し、剥離ライナー上に支持された接着剤ドットのアレイを残した。
厚さ25μmの熱可塑性ポリウレタンフィルム(TPU)、DUREFLEX(登録商標)PT1710S(Covestro LLC, Whately, MA)を伸長させ、緩和状態の2倍に保持した。ウレタンフィルムは、6.35mmのノズルを備えたPT2000Pプラズマ処理装置(Tri Star Technologies, EL Segunda, CA)を使用して、プラズマワンドをラスターパターンでフィルム上に通し、約150mm×200mmの領域を約20秒間でカバーすることによりプラズマ処理した。接着剤ドットのアレイを手でウレタンフィルムに押し付けた。その後、剥離ライナーを取り外して廃棄した。
プリント回路をウレタンフィルムに接着するために、ePTFE膜を最初に、プリントパターンをePTFE膜(プリント回路)のほぼ中央として128mmx78mmにトリミングした。プリント回路は、ウレタンフィルムに接着された接着剤ドットの上に中心が置かれ、図4の矢印402をウレタンフィルムの伸長方向に整列させた。次に、プリント回路を手でウレタンフィルム上に押し付け、結合を形成した。次に、ウレタンを解放し、緩和状態に戻らせ、そのプロセスで、ウレタンとともにプリント回路を圧縮して座屈させた。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、プリント回路の抵抗は実質的に変化しないままであった。
洗浄試験
洗浄試験耐久性を行わなかった。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度を、上記の試験方法に記載されているように測定した。 MVTRは7522g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
フレキシブル回路のKawabata曲げ試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0356グラム力−cm/cmと測定された。
例10
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)(膜1)を基材として使用した。ePTFE膜の表面上に回路を印刷することは、例2に記載のプロセスに従った。ラミネート化プロセス及びウレタン基材を使用する座屈プロセスは、例9に記載の工程に従った。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、プリント回路の抵抗は実質的に変化しないままであることが決定された。
洗浄試験
洗浄試験耐久性を行わなかった。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度を、上記の試験方法に記載されているように測定した。MVTRは6972g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
フレキシブル回路のKawabata曲げ試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0342グラム力−cm/cmと測定された。
例11
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)(膜1)を基材として使用した。吸収のためのePTFE膜を調製するために、ePTFE膜を直径6インチのアルミニウムフープの上に置き、ステンレス鋼のバネを周囲に配置してフープに固定し、ePTFE膜に張力をかけてしわを取り除くことで拘束した。ステンシルの接着中にePTFE膜を支持するために、ePTFE膜を拘束するフープを、フープ内に収まるように機械加工されたきれいなDelrin(登録商標)(DowDuPont, Wilmington, DEから入手可能なアセタールホモポリマー樹脂)ディスク上に配置し、それはePTFE膜の「底」に接触したきれいな表面を提供した。ステンシルを調製するために、一片のテープ(Scapa Type 536;アクリル接着剤でシングルコーティングされたポリエステルフィルム; Scapa North America, Windsor, CT)を剥離紙に移し、レーザカッタ(PLS6.75レーザカッタ、Universal Laser, Scottsdale, AZ)を使用して、図4に示すパターンでテープステンシルに孔を開けた。図4に示される寸法はmm単位であり、パターンのサイズを指示するために示されている。
次に、テープステンシルを剥離紙から取り除き、ePTFE膜の露出した「上面」の表面に手で押し付けて、ePTFE膜にしっかりと接着させた。次に、フープに拘束されたままのステンシルとePTFE膜を、Delrin(登録商標)ディスクから取り外し、実験室のドラフト内に置いて吸収させた。過剰の導電性インク(Nanogap, Inc.から入手可能な2108−IPA)を、テープステンシルの孔を通してePTFE膜の上面にピペットで移した。このプロセスが完了したら、ステンシル/ePTFE膜の上面をキムワイプ(Kimberly Clark, デリケートタスクワイパー、1プライ)で完全に拭き、余分なインクをすべて除去した。その後、テープステンシルをすぐに取り外した。ステンシルを除去すると、ステンシルに付着していたePTFE膜の上面の一部も除去されたが、その量は無視できると考えられた。次に、フープに拘束されたままの吸収されたePTFE膜(プリント回路)をフード内で少なくとも10分間空気乾燥させた後に、熱風対流炉にて200℃で60分間熱処理した。
UTポリウレタン熱可塑性接着剤(Protechnic, Cernay France)を、18Q236グラビアパターンを使用して剥離紙上に印刷した。91g/mの非伸長ナイロン織布材料(スタイル131859、(MI 270)、Milliken and Company, Spartanburg, SC)を、しわを取り除くのにちょうど十分な張力で矩形フレームに拘束した。112mmx152mmの接着剤の印刷された剥離紙のシートをテキスタイル上に配置し、Tシャツプレスでテキスタイル及び剥離紙を135℃で約5秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却したら、剥離紙を取り除き、接着剤ドットをテキスタイルに接着させたままにした。プリント回路をテキスタイルに接着するために、ePTFE膜を最初に、プリントパターンをほぼ中央として128mmx78mmにトリミングした。プリント回路は、テキスタイルに接着された接着剤ドットの上に中心が置かれ、図4の矢印402をテキスタイルの経糸方向に整列させた。次に、プリント回路をTシャツプレスで135℃で約5秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却後に、テキスタイルをフレームから解放した。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、回路の抵抗は有意に増加した。
洗浄試験
洗浄試験耐久性を、上記の試験方法に記載されているように行った。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、サンプルは10回の洗浄サイクルに耐えたものと決定された(表1)。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度を、上記の試験方法に記載されているように測定した。MVTRは21119g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
フレキシブル回路のKawabata曲げ試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0607グラム力−cm/cmと測定された。
例12
延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)(膜1)を基材として使用した。ePTFE膜を、直径356mmの刺繍フープに拘束し、しわを取り除くために張力をかけ、図4に示すパターンで導電性インクを使用してスクリーン印刷した。図4に示す寸法はmm単位であり、適用されたパターンのサイズを示す。両端矢印402は、基材とフレキシブル回路との位置合わせを例示するために示されている。スクリーン印刷は、モデルMSP−088スクリーンプリンタ(HMI Manufacturing, Lebanon, NJ)、200TPI(スレッド/ワイヤ/インチ、約78,74ワイヤ/cm)、1.6ミル(約40.64μm)のワイヤ直径を備えたステンレススチールスクリーン、及び12.7μmエマルジョンを使用して行った。使用した導電性インクはCI1036(高導電性銀インク、全固形分66%、Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)であった。インクを対流炉にて120℃で20分間乾燥した。プリント基材は、ePTFE膜のほぼ中央に印刷されたパターンで基材を128mmx78mmにトリミングすることにより、刺繍フープから取り外した。
UTポリウレタン熱可塑性接着剤(Protechnic, Cernay France)を、18Q236グラビアパターンを使用して剥離紙上に印刷した。91g/mの非伸長ナイロン織布材料(スタイル131859、(MI 270)、Milliken and Company, Spartanburg, SC)を、しわを取り除くのにちょうど十分な張力で矩形フレームに拘束した。112mmx152mmの接着剤の印刷された剥離紙のシートをテキスタイル上に配置し、Tシャツプレスでテキスタイル及び剥離紙を135℃で約5秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却したら、剥離紙を取り除き、接着剤ドットをテキスタイルに接着させたままにした。プリント回路をテキスタイルに接着するために、ePTFE膜を最初に、プリントパターンをほぼ中央として128mmx78mmにトリミングした。プリント回路は、テキスタイルに接着された接着ドットの上に中心が置かれ、図4の矢印402をテキスタイルの経糸方向で整列させた。次に、プリント回路をTシャツプレスにて135℃で約5秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却後に、テキスタイルをフレームから解放した。
抵抗測定v.伸長性
抵抗測定v.伸長性試験を上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、回路の抵抗は有意に増加するものと決定された。
洗浄試験
洗浄試験耐久性を、上記の試験方法に記載されているように行った。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、サンプルは1回の洗浄サイクルに耐えた(表1)。
MTVR
水蒸気透過速度を、上記の試験方法に記載されているように行った。MVTRは19239g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
Kawabata曲げ試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。Kawabata曲げ試験値は0.0715グラム力−cm/cmと測定された。
例13
基材が91g/mの非伸長ナイロン織布材料(スタイル131859、(MI 270)、Milliken and Company, Spartanburg, SC)であったことを除いて、例8の材料及びプロセスに従ってフレキシブル回路を調製した。
抵抗測定v.伸張性
抵抗測定v.伸長性試験を、上記の試験方法に記載されているように行った。フレキシブル回路を50%の歪みまで伸長したときに、回路の抵抗は有意に増加した。
洗浄試験
洗浄試験耐久性を、上記の試験方法に記載されているように行った。トレースの50%が1メガオーム(MΩ)を超える前に、サンプルは1回の洗浄サイクルに耐えるものと決定された(表1)。
MTVR
フレキシブル回路の水蒸気透過速度を、上記の試験方法に記載されているように測定した。 MVTRは1562g/m/24時間と測定された(表1)。
Kawabata試験
フレキシブル回路のKawabata曲げ試験を上記の試験方法に記載されているように行なった。Kawabata曲げ試験値は0.0807グラム力−cm/cmと測定された。
例14
面積あたりの質量が19g/mであり、多孔度が56%であり、厚さが25μmであり、バブルポイントが159KPaであり、長手方向のマトリックス引張強度が48MPaであり、横断方向のマトリックス引張強度が97MPaである、米国特許第3,953,566号明細書に記載されている教示に従って一般的に製造されたePTFE膜を提供した。ePTFE膜を、18Q236グラビアパターンを使用してUT8熱可塑性接着剤(Protechnic, Cernay France)でドット印刷した。
接着剤で印刷されたePTFE膜を、直径14インチの刺繍フープに拘束し、図8に示すパターンの導電性インクを使用して接着剤のない面にスクリーン印刷した。図8に示される寸法はmm単位であり、パターンのサイズ及び形状を例示するために示されている。スクリーン印刷は、モデルMSP−088スクリーンプリンタ(HMI Manufacturing, Lebanon, NJ)、200TPI(スレッド/ワイヤ/インチ、約78.74ワイヤ/cm)、1.6mil(約40.64μm)のワイヤ直径を備えたステンレススチールスクリーン、及び12.7μmエマルジョンを使用して行った。使用した導電性インクはCI1036(高導電性銀インク、全固形分66%、Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)であった。導電性インクを対流炉で160℃にて10分間乾燥させた。
表面実装電子部品をePTFE膜上の導電性トレースに接着して回路を作成した。電子部品は、図9に示されるように、導電性インクCI1036(Engineered Conductive Materials, Delaware, OH)を使用して接着された。電子部品は、555タイマー910、LED 920、470Ω抵抗器930、20kΩ抵抗器940、100kΩ抵抗器950及び10マイクロファラッドコンデンサ960を含んだ。導電性インクを対流炉にて130℃で約10分間乾燥した。
先端が綿のアプリケータを使用して、テトラヒドロフラン(THF)中の3%ペレタン溶液を塗布することによってプリント回路を絶縁した。溶液は、図9のバッテリ接点907,908を除いて、すべての導電性インク及び構成要素の上にコーティングした。絶縁コーティングを対流炉内で130℃で約10分間乾燥した。導電性インクの周囲のePTFEをトリミングして、約5〜10mmの境界線を残して、刺繍フープからプリント回路を除去した。
ナイロン/ポリエステル/エラスタンブレンドの綾織りである経糸方向伸長性テキスタイル(TD36B、Formosa Chemicals and Fiber Corporation, Taipei, Taiwan)を緩和した長さの約1.7倍に一方向に伸長し、矩形フレームに拘束した。フレーム内の中央にあるテキスタイル上にプリント回路を配置した。プリント回路を、Tシャツプレスで135℃にて約10〜15秒間プレスすることにより、テキスタイルに熱ラミネートした。冷却後に、得られた導電性物品をフレームから解放し、緩和状態に戻させた。図9の端子907,908に3.7ボルトを印加したときに、LEDはフラッシュすることに留意されたい。導電性物品を伸長しそして緩和しても、LEDのフラッシュの速度又は強度に影響なかった。
Figure 2021523568

Claims (35)

  1. x−y方向に圧縮された合成ポリマー膜と少なくとも1つの導電性トレースとを含むプリント回路と、
    前記プリント回路に結合された伸長性基材と、
    を含み、
    前記導電性トレースは前記合成ポリマー膜内に配置されており、
    前記プリント回路はz方向に座屈配向を有する、
    高い可撓性及び伸長性を有する導電性物品。
  2. 前記合成ポリマー膜は多孔性である、請求項1記載の導電性物品。
  3. 前記合成ポリマー膜は多孔質フルオロポリマー膜である、請求項1又は請求項2記載の導電性物品。
  4. 前記合成ポリマー膜はノード及びフィブリル微細構造を有する微孔質膜である、請求項1〜3のいずれか1項記載の導電性物品。
  5. 前記合成ポリマー膜は延伸ポリテトラフルオロエチレン膜である、請求項1〜4のいずれか1項記載の導電性物品。
  6. 前記合成ポリマー膜は延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)、ペルフルオロアルコキシアルカン(PFA)、ポリエステルスルホン(PES)、多孔質ポリパラキシリレン(ePPX)、多孔質超高分子量ポリエチレン(eUHMWPE)、多孔質エチレンテトラフルオロエチレン(eETFE)及び多孔質ポリ乳酸(ePLLA)から選ばれる、請求項1又は請求項2記載の導電性物品。
  7. 前記導電性トレースは前記合成ポリマー膜の厚さを通して細孔を充填する、請求項1〜6のいずれか1項記載の導電性物品。
  8. 前記伸長性基材は、伸長性テキスタイル、伸長性不織布材料及び伸長性膜から選ばれる少なくとも1つの部材を含む、請求項1〜7のいずれか1項記載の導電性物品。
  9. 前記導電性トレースは導電性金属ナノ粒子、導電性材料のナノ粒子、導電性粒子、導電性ナノチューブ、導電性金属フレーク、導電性ポリマー及びそれらの組み合わせから選ばれる、請求項1〜8のいずれか1項記載の導電性物品。
  10. 前記導電性トレースは金、銀、白金、銅及びそれらの組み合わせのナノ粒子を含む、請求項1〜9のいずれか1項記載の導電性物品。
  11. 前記導電性トレースは導電性粒子の連続ネットワークを含む、請求項1〜10のいずれか1項記載の導電性物品。
  12. 前記導電性トレースは導電性パターン又は回路の形態を有する、請求項1〜11のいずれか1項記載の導電性物品。
  13. 前記導電性トレースを覆う絶縁性オーバーコートをさらに含む、請求項1〜12のいずれか1項記載の導電性物品。
  14. 抵抗測定v.伸長性試験方法によって証明して、前記導電性物品を50%の歪みまで伸長したときに、前記プリント回路の抵抗は実質的に変化しないままである、請求項1〜13のいずれか1項記載の導電性物品。
  15. 前記導電性物品は、Kawabata試験方法によって試験して、0.1グラム力−cm/cm未満の撓み度を有する、請求項1〜14のいずれか1項記載の導電性物品。
  16. x−y方向に圧縮された合成ポリマー膜と少なくとも1つの導電性トレースとを含むプリント回路と、
    前記プリント回路に結合された伸長性基材と、
    を含み、
    前記導電性トレースは前記合成ポリマー膜上に配置されており、
    前記プリント回路はz方向に座屈配向を有する、
    高い可撓性及び伸長性を有する導電性物品。
  17. 前記合成ポリマー膜は多孔性である、請求項16記載の導電性物品。
  18. 前記合成ポリマー膜は微孔質膜である、請求項16又は請求項17記載の導電性物品。
  19. 前記導電性トレースの一部は多孔質又は微孔質合成ポリマー膜の細孔内に配置されている、請求項17又は18記載の導電性物品。
  20. 前記合成ポリマー膜は延伸ポリテトラフルオロエチレン(ePTFE)、多孔質ポリパラキシリレン(ePPX)、多孔質超高分子量ポリエチレン(eUHMWPE)、多孔質エチレンテトラフルオロエチレン(eETFE)及び多孔質ポリ乳酸(ePLLA)から選ばれる、請求項16〜19のいずれか1項記載の導電性物品。
  21. 前記合成ポリマー膜は非孔性である、請求項16記載の導電性物品。
  22. 前記合成ポリマー膜はポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)、ペルフルオロアルコキシアルカン(PFA)、変性ポリテトラフルオロエチレンポリマー、テトラフルオロエチレン(TFE)コポリマー、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステルスルホン(PES)及びポリエステルから選ばれる、請求項16〜21のいずれか1項記載の導電性物品。
  23. 前記伸長性基材は伸長性テキスタイル、伸長性不織布材料及び伸長性膜から選ばれる少なくとも1つの部材を含む、請求項16〜22のいずれか1項記載の導電性物品。
  24. 前記導電性トレースは導電性金属ナノ粒子、導電性材料のナノ粒子、導電性粒子、導電性ナノチューブ、導電性金属フレーク、導電性ポリマー及びそれらの組み合わせから選ばれる、請求項16〜23のいずれか1項記載の導電性物品。
  25. 前記導電性トレースは銀、金、銅、白金及びそれらの組み合わせのナノ粒子を含む、請求項16〜24のいずれか1項記載の導電性物品。
  26. 導電性トレースを覆う絶縁性オーバーコートをさらに含む、請求項16〜25のいずれか1項記載の導電性物品。
  27. 前記導電性トレースは導電性粒子の連続ネットワークを含む、請求項16〜26のいずれか1項記載の導電性物品。
  28. 前記導電性トレースは導電性パターン又は回路の形態を有する、請求項16〜27のいずれか1項記載の導電性物品。
  29. 抵抗測定v.伸長性試験方法によって証明して、前記導電性物品を50%の歪みまで伸長したときに、前記プリント回路の抵抗は実質的に変化しないままである、請求項16〜28のいずれか1項記載の導電性物品。
  30. 前記導電性物品は、Kawabata試験方法によって証明して、0.1グラム力−cm/cm未満の撓み度を有する、請求項16〜29のいずれか1項記載の導電性物品。
  31. 前記合成ポリマー膜はポリウレタンである、請求項16記載の導電性物品。
  32. x−y方向に圧縮された延伸ポリテトラフルオロエチレン膜と前記延伸ポリテトラフルオロエチレン膜内に配置された少なくとも1つの導電性トレースとを含むプリント回路と、
    前記プリント回路に結合された伸長性テキスタイルと、
    を含む、導電性物品であって、
    前記延伸ポリテトラフルオロエチレンはz方向に座屈配向を有し、
    抵抗測定v.伸長性試験方法によって決定して、導電性物品を50%の歪みまで伸長したときに、前記プリント回路の抵抗は実質的に変化しないままであり、
    前記導電性物品は、Kawabata試験方法によって決定して、0.1グラム力−cm/cm未満の撓み度を有し、
    前記導電性物品は、洗浄試験耐久性試験方法によって決定して、少なくとも20回の洗浄サイクルの洗浄耐久性を有し、そして
    前記導電性物品は、水蒸気透過速度(MVTR)測定試験方法によって決定して、少なくとも5000の水蒸気透過速度を有する、導電性物品。
  33. x−y方向に圧縮された合成ポリマー膜と少なくとも1つの導電性トレースとを含む第一のプリント回路と、
    x−y方向に圧縮された第二のプリント回路と、
    伸長性基材と、
    を含み、
    前記導電性トレースは前記合成ポリマー膜内に配置されており、
    前記第一のプリント回路は前記伸長性基材の第一の面に結合され、そして前記第二のプリント回路は前記伸長性基材の第二の面に結合されており、
    前記第一及び第二のプリント回路はz方向に座屈配向を有する、
    高い可撓性及び伸長性を有する導電性物品。
  34. 請求項1、16又は32記載の導電性物品を含む物品。
  35. x−y方向に圧縮された延伸ポリテトラフルオロエチレン膜と前記延伸ポリテトラフルオロエチレン膜の表面上に配置された少なくとも1つの導電性トレースとを含むプリント回路と、
    前記プリント回路に結合された伸長性テキスタイルと、
    を含む、高い可撓性及び伸長性を有する導電性物品であって、
    前記延伸ポリテトラフルオロエチレン膜はz方向に座屈配向を有し、
    抵抗測定v.伸長性試験方法によって決定して、前記導電性物品を50%の歪みまで伸長したときに、前記プリント回路の抵抗は実質的に変化しないままであり、
    前記導電性物品は、Kawabata試験方法によって決定して、0.1グラム力−cm/cm未満の撓み度を有し、そして
    前記導電性物品は、水蒸気透過速度(MVTR)測定試験方法によって決定して、少なくとも5000の水蒸気透過速度を有する、導電性物品。
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