複合絕緣膠帶的製作方法
2023-05-23 16:04:56 2
專利名稱：複合絕緣膠帶的製作方法
背景技術：
1.發明領域本發明涉及一種複合絕緣膠帶。更具體地，本發明涉及一種柔性的複合絕緣膠帶，該膠帶可以用來防止電磁波幹擾(EMI)的影響，該膠帶具有優異的柔韌性和抗撕裂特性。
2.現有技術描述在日常生活中，複合絕緣膠帶廣泛用於包裹電器設備或電線，如變壓器，電容器，線卡，馬達引線，消磁線圈，電話線和其他通訊電纜等。這些膠帶為其包裹的設備提供絕緣性。優異的抗縱向彎曲力，同形度和柔韌性是這些絕緣膠帶防止電器設備或電線因物理衝擊或潮溼的包裝而引起的絕緣失敗或短路的重要特徵。重要的是絕緣膠還保護用戶防止電擊。
絕緣膠帶必須耐受嚴酷的條件，如高壓，強電場，強磁場，潮溼，紫外線，熱等。因此，優異的耐壓性，耐熱性，耐燃性，耐化學品性和耐水性是這些膠帶全部需要的。
很多具有上述特性的現有技術的柔性絕緣膠帶是由氯乙烯樹脂如聚氯乙烯(PVC)、氯化聚乙烯(CPE)和氯磺化聚乙烯(CSPE)組成的。PVC因其優異的柔韌性和同形度特性因而是製造絕緣膠帶時最常用的，此外還因為它是廉價的。很多研究揭示，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)也是一種良好的絕緣材料。但是，PET因其柔韌性差而很少用於絕緣膠帶工業。
很多研究報導，含滷素的聚合物如PVC等在廢物焚燒過程中分解，同時產生鹽酸。這不僅腐蝕焚化器器壁，而且還是酸雨的來源。同時，與PVC有關的塑料製品中常用的增塑劑，如鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)也是有毒的。另外，當PVC與含苯化合物在較高溫度下反應時，形成有毒的不可降解的化合物多氯聯苯(PCB)。為了增加PVC絕緣膠帶的穩定性，在製造PVC絕緣膠帶過程中加入某些重金屬，如鉛，鄰苯二甲酸鉛，亞磷酸鉛，硫酸鉛，鎘或鈣的金屬化合物。這些重金屬可以導致嚴重的環境汙染並影響人的健康。幸運地是，在最近的幾年裡已制定了一些限制，以禁止在PVC絕緣膠帶中使用這些重金屬。
因此，使用無毒材料如玻璃纖維和PET，成為絕緣膠帶工業的標準。美國專利US 4868035中公開了一種方法，在該方法中，PET薄膜與玻璃纖維組合使用，以形成具有優異電絕緣性能的絕緣膠帶。然而，用PET和玻璃纖維製造的絕緣膠帶是昂貴的，並且具有不良的柔韌性，同形度和抗撕裂特性。所以，PET薄膜的應用範圍受到了限制。
應當注意到，現有技術絕緣膠帶屏蔽電磁波幹擾(EMI)一般較差。因而，現有技術的防止EMI的方法是在粘附於導電體上的絕緣膠帶周圍纏繞幾層金屬薄片。然而，現有技術的防止EMI作用的方法不能完全和平滑地包裹導電體。另外，金屬薄片容易脫落，導致EMI絕緣性能降低。
發明概述因此本發明的主要目的是提供便宜的，無毒的絕緣膠帶。本發明的複合絕緣膠帶具有優異的柔韌性，同形度，抗撕裂和耐壓特性。
在優選實施方案中，本發明方法包括使用具有優異絕緣性能的非滷化材料形成複合絕緣膠帶。該複合絕緣膠帶基本上包括壓花加強的聚合物層，第一柔性層和粘合劑層。該壓花加強的聚合物層包括頂面和底面。該第一柔性層形成於所述壓花加強聚合物層的頂面，以提高該複合絕緣膠帶的柔韌性和同形度，而該粘合劑層形成於所述壓花加強聚合物層的底面，以使絕緣膠帶粘附在物體上。形成壓花加強的聚合物層的方法在US 5853138中清楚地公開了。所述第一柔性層是由20℃下拉伸比低於400％的材料組成的。首先採用壓印法壓印該壓花加強的聚合物層，利用該壓印法在整個壓花加強聚合物層上形成多個隨機分布的孔。這些孔提高了壓花加強的聚合物層的柔韌性。
此外，為了增加絕緣膠帶的柔韌性和厚度，在壓花加強的聚合物層上其與第一柔性層之間覆蓋第二柔性層。而且，為了防止電磁波幹擾(EMI)作用，該絕緣膠帶可進一步包含導電層。
本發明的優點在於該複合絕緣膠帶不含滷素，而且其柔韌性得到了顯著的增強。另外，本發明需要較少的材料，導致製造成本較低。
本發明的這些及其它目的對於閱讀了下面優選實施方案詳述的本領域普通技術人員來說無疑是顯而易見的，該優選實施方案以多種附圖的形式進行說明。
附圖簡述
圖1是本發明優選實施方案的複合絕緣膠帶的橫斷面圖。
圖2是本發明第二實施方案的複合絕緣膠帶的橫斷面圖。
圖3是本發明第三實施方案的複合絕緣膠帶的橫斷面圖。
圖4是本發明第四實施方案的複合絕緣膠帶的橫斷面圖。
圖5是本發明第五實施方案的複合絕緣膠帶的橫斷面圖。
優選實施方案詳述請參照圖1。圖1是本發明優選實施方案的複合絕緣膠帶10的橫斷面圖。如圖1所示，該複合絕緣膠帶10，厚度25～250μm，包括壓花加強的聚合物層12、第一柔性層14、粘合劑層16和隔離層18。所述壓花加強聚合物層14，厚度5～150μm，包括頂面11和底面13。所述第一柔性層14，厚度10～150μm，覆蓋在壓花加強的聚合物層12的頂面11上，並且是用來提高絕緣膠帶10的柔韌性的。所述粘合劑層16，厚度10～100μm，覆蓋在壓花加強的聚合物層12的底面13上，並且是用來使複合絕緣膠帶10粘附到物體上的。與所述粘合劑層16相鄰的隔離層18是用來保持粘合劑層16的粘附特性的。
壓花加強的聚合物層12是由非滷化的聚合物材料組成的。所述非滷化的聚合物材料可以包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘甲酸亞乙酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚丙烯(PP)或聚醯亞胺(PI)。第一柔性層14是由具有較低玻璃體轉化溫度的柔性聚合物材料組成的；例如，聚乙烯(PE)，聚丙烯酸酯(acrylic)，聚氨酯樹脂(PU樹脂)，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或SurlynTM。在玻璃體轉化溫度之上，高度結晶的聚合物變成柔軟和可塑的，即熱塑性的。推薦選擇PE作為第一柔性層14原料，並且第一柔性層14的拉伸比在20℃時應低於400％。
用作粘合劑層18的材料可以包括丙烯酸粘合劑，聚氨酯粘合劑，橡膠粘合劑，熱熔性粘合劑，矽樹脂粘合劑等。為了增強粘合劑層18對壓花加強的聚合物層12的粘附性，可以加入粘附性促進劑，如偶合劑、螯合劑或交聯劑。所使用的促進劑的類型取決於所涉及的材料。粘附性促進劑的組分可以包括矽烷化合物，鈦酸鹽，鋁酸鹽，硼酸酯，鋁酸鋯等。粘附性促進劑可以直接應用於壓花加強的聚合物層12，而不是直接加到粘合劑層16中。
現在討論製備複合絕緣膠帶10的方法。起初，進行模擠出幕塗工藝，以在壓花加強的聚合物層12的頂面11上均勻地形成第一柔性層14。在模擠出幕塗工藝中，將PE熔化並利用T-模擠出幕塗法將其均勻地塗布在壓花加強聚合物層12的頂面11上，以形成薄的熔融PE薄膜。待該薄的熔融PE薄膜冷卻時，第一柔性層14就完成了。藉助於模擠出幕塗工藝，第一柔性層14與壓花加強聚合物層12互相緊密地粘附在一起，形成具有優異柔韌性能的複合薄膜。利用壓印工藝壓印壓花加強的聚合物層12，以在整個壓花加強的聚合物層12上形成多個隨機分布的孔，進而增強絕緣膠帶10的柔韌性和抗撕裂特性。
為了增強壓花加強的聚合物層12的頂面11對第一柔性層14親合力，在壓印工藝之後利用電暈放電技術、火焰燃燒(flame burning)技術或底漆對表面進行預處理。
請參照圖2，該圖描述了本發明複合絕緣膠帶20的可選擇的橫斷面結構。如圖2所示，該複合絕緣膠帶20包括壓花加強的聚合物層22，第一柔性層24，粘合劑層26和隔離劑塗層29。該壓花加強聚合物層22有頂面21和底面23兩個面。該第一柔性層24覆蓋於所述壓花加強的聚合物層22的頂面21上，以提高複合絕緣膠帶20的柔韌性。該粘合劑層26覆蓋於所述壓花加強聚合物層22的底面23上，以使複合絕緣膠帶20粘附在物體上。利用壓印工藝壓印壓花加強的聚合物層22，以在整個壓花加強的聚合物層12上形成多個隨機分布的孔，進而增強絕緣膠帶20的柔韌性和抗撕裂特性。
該隔離劑塗層29覆蓋於第一柔性層24上。該絕緣膠帶20的粘合劑層26在絕緣膠帶捲起來的時候與所述隔離劑塗層29相鄰。
請參照圖3。圖3是本發明第三實施方案的複合絕緣膠帶30的橫斷面圖。如圖3所示，該複合絕緣膠帶30包括壓花加強的聚合物層32，第一柔性層34，粘合劑層36，第二柔性層35和隔離襯38。同樣，該壓花加強聚合物層32也有頂面31和底面33兩個面。該第一柔性層34和第二柔性層35分別地覆蓋於所述壓花加強聚合物層32的頂面31和底面33，以提高複合絕緣膠帶30的柔韌性。該粘合劑層36形成於所述第二柔性層35的表面，以使複合絕緣膠帶30粘附在物體上。該壓花加強聚合物層32，第一柔性層34和第二柔性層35一起構成複合的聚合絕緣薄膜37。
本實施方案的複合絕緣膠帶30和圖1所描述的複合絕緣膠帶10之間的不同點只在於該複合絕緣膠帶30包括第二柔性層35。該第二柔性層35用於提高該複合絕緣膠帶30的柔韌性和厚度。依據所需的結果，該第二柔性層35可用不同的柔性聚合材料形成，例如不同厚度的PE，聚丙烯酸酯，PU樹脂，EVA或SurlynTM。推薦選擇PE作為第二柔性層35的聚合材料，因為它成本低且柔韌性高。
同樣地，利用壓印工藝預先壓印壓花加強的聚合物層32，以在整個壓花加強聚合物層32上形成多個隨機分布的孔，進而增強絕緣膠帶30的柔韌性和抗撕裂特性。一種情形是，利用壓印工藝壓印第一柔性層34和壓花加強聚合物層32，以在整個第一柔性層34和壓花加強聚合物層32上形成多個隨機分布的孔，進而增強絕緣膠帶30的柔韌性。另一種情形是，利用壓印工藝壓印第二柔性層35和壓花加強聚合物層32，以在整個第二柔性層35和壓花加強聚合物層32上形成多個隨機分布的孔。
為了保護粘合劑層36，在粘合劑層之後使用隔離層38。該隔離層38可以包括紙襯或薄膜襯。當希望露出粘合劑層36以使複合絕緣膠帶30粘貼到物體表面時，將隔離層38剝離即可。
請參照圖4。圖4是本發明的能夠防止電磁波幹擾作用的複合絕緣膠帶40的橫斷面圖。如圖4所示，該複合絕緣膠帶40包括壓花加強聚合物層42，第一柔性層44，粘合劑層46，隔離襯48和複合金屬層80。該壓花加強聚合物層42有頂面41和底面43兩個面。該第一柔性層44覆蓋於所述壓花加強聚合物層42的頂面41上。該粘合劑層46形成於底面43上。如所提到的那樣，可於後來剝離的隔離層48是用來保護粘合劑層46的。該絕緣膠帶40的厚度為50～200μm，優選的厚度為75～150μm。
在第一柔性層44形成於壓花加強的聚合物層42的頂面41上之前，利用壓印工藝預先壓印該壓花加強的聚合物層42。進行模擠出幕塗工藝，以在該壓花加強的聚合物層42的頂面41上形成均勻的第一柔性層44。一種情形是，利用壓印工藝壓印第一柔性層44和壓花加強聚合物層42，以在整個第一柔性層44和壓花加強聚合物層42上形成多個隨機分布的孔，進而增強絕緣膠帶40的柔韌性。
本實施方案的複合絕緣膠帶40和圖1所描述的複合絕緣膠帶10之間的不同點只在於該複合絕緣膠帶40包括複合金屬層80，該複合金屬層80能使複合絕緣膠帶40屏蔽電磁波幹擾作用。該複合金屬層80包括鋁導電層85，形成於該鋁導電層85底面的聚合物層83，及形成於聚合物層83底面的粘合劑層81。該粘合劑層81是用來將複合金屬層80粘附在第一柔韌層44上的。
存在若干種形成複合金屬層80的方法(1)應用金屬氣相沉積工藝在聚合物層83上沉積薄的金屬層，例如薄的鋁薄膜；(2)應用層壓工藝在該聚合物層83上附著薄的金屬薄膜，如鋁箔；(3)應用模擠出幕塗工藝在鋁導電層85的表面塗附聚合物層83。用於聚合物層83的材料可以包括PE、聚丙烯酸酯、PU樹脂、EVA或SurlynTM。依據所需的複合絕緣膠帶40的柔韌性，可以選擇進行壓印工藝對聚合物層83和鋁導電層85進行碾壓，以在整個聚合物層83和鋁導電層85上形成多個隨機分布的孔。作為選擇，也可以通過壓印工藝僅壓印聚合物層83。
請參照圖5。所描述的是本發明的能夠防止EMI作用的複合絕緣膠帶50的橫斷面圖。該複合絕緣膠帶50包括壓花加強的聚合物層52，第一柔性層54，粘合劑層56，隔離劑塗層59和導電層58。同樣，該壓花加強聚合物層52有頂面51和底面53兩個面。該第一柔性層54藉助於常規的模擠出幕塗工藝覆蓋於所述壓花加強聚合物層52的頂面51上。該粘合劑層56形成於第一柔性層54上。
本實施方案的複合絕緣膠帶50和圖4所描述的複合絕緣膠帶40之間的區別在於該導電層58直接形成於該壓花加強聚合物層52的底面53上。此外，該粘合劑層56塗敷於第一柔性層54上。一般來說，利用兩種常規方法來形成導電層58(1)應用金屬氣相沉積工藝在該壓花加強聚合物層52的底面53上沉積薄的金屬層，例如薄的鋁薄膜；(2)應用層壓工藝和加熱將薄金屬薄膜如鋁箔附著在壓花加強聚合物層52上。然後，利用常規的塗敷技術如凹板式塗布機或刷子(wired bar)在導電層58上形成隔離劑塗層59。可以使用矽基或非矽基的隔離劑作為隔離劑塗層59。
同樣地，利用壓印工藝預先壓印該壓花加強聚合物層52，以在整個壓花加強聚合物層52上形成多個隨機分布的孔，進而增強絕緣膠帶50的柔韌性和抗撕裂特性。一種情形是，利用壓印工藝壓印第一柔性層54和壓花加強聚合物層52。該壓印工藝之後，導電層58形成於壓花加強聚合物層52的底面53上。此後，應用常規塗敷技術如凹版式塗布機或刷子在該導電層58上形成隔離劑塗層59。
請參照表1。表1是本發明不同厚度的複合絕緣膠帶的擊穿電壓試驗的比較。表1右欄中列出的實驗數據(擊穿電壓)是根據ASTM 256標準方法得到的，以PE作為起始柔性材料覆蓋在壓花加強聚合物層上。由厚度為9μm的壓印PET層和厚度為20μm的PE柔性層組成的複合絕緣膠帶具有6.0kV試驗擊穿電壓測，超過了常規PVC絕緣膠帶所規定的1.0kV的擊穿電壓。然而，該複合絕緣膠帶總的厚度(29μm)僅是現有技術PVC絕緣膠帶的1/4～1/5。隨著厚度的增加，該擊穿電壓上升。當壓印PET層的厚度為50μm時，本發明複合絕緣膠帶的擊穿電壓值達到13.0kV，其為現有技術PVC絕緣膠帶的擊穿電壓的兩倍；而其總厚度約為現有技術PVC絕緣膠帶的1/2。
與現有技術的絕緣膠帶相比，本發明的複合絕緣膠帶具有優異的絕緣特性和耐壓性。本發明使用不含滷素的聚合材料如PE和PET作為原料，所以對環境的影響很小。利用能夠使複合絕緣膠帶易於撕裂的壓印工藝壓印壓花加強的聚合物層。另外，隨機分布於整個壓花加強聚合物層、第一柔性層和第二柔性層上的孔顯著地提高了複合絕緣膠帶的柔韌性和同形度。因此，複合絕緣膠帶的粘合劑層可以牢固地粘附於物體上。
此外，可以使用包含複合金屬層的複合絕緣膠帶平滑和緊密地纏繞導線或導電體，以防止EMI作用。由於在相同擊穿電壓下本發明的複合絕緣膠帶的厚度大大地小於現有技術PVC絕緣膠帶的厚度，所以生產成本降低了。
本領域的技術人員容易認識到，在保持本發明的教導的情況下可以對本發明作出多種修飾和改變。因此，應當理解，上述的公開僅受所附權利要求書的邊界和範圍的限制。
權利要求
1.一種絕緣膠帶，包括壓花加強的聚合物層，該壓花加強的聚合物層包括頂面和底面，並且該壓花加強的聚合物層是利用壓印工藝壓印的；第一柔性層，該第一柔性層覆蓋在所述壓花加強聚合物層的頂面上，並且用於改善絕緣膠帶的柔韌性；和粘合劑層，該粘合劑層覆蓋在所述壓花加強聚合物層的底面上，並且用於使絕緣膠帶粘附到物體上。
2.權利要求1的絕緣膠帶，其中該壓花加強的聚合物層是由非滷化的聚合物材料組成的，所述非滷化的聚合物材料包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘甲酸亞乙酯(PEN)、聚丙烯(PP)或聚醯亞胺(PI)。
3.權利要求1的絕緣膠帶，其中該第一柔性層在20℃時的拉伸比低於400％。
4.權利要求3的絕緣膠帶，其中該第一柔性層是由柔性聚合物材料組成的，所述柔性聚合物材料包括聚乙烯(PE)，聚丙烯酸酯，聚氨酯樹脂(PU樹脂)，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或SurlynTM。
5.權利要求1的絕緣膠帶，其中所述的壓印工藝是用來在整個壓花加強的聚合物層上形成多個隨機分布的孔，以便加強該壓花加強聚合物層的柔韌性。
6.權利要求5的絕緣膠帶，其中在所述壓印工藝之後進行表面預處理工藝，以提高壓花加強聚合物層的頂面對第一柔性層的親合性。
7.權利要求6的絕緣膠帶，其中所述的表面預處理工藝是利用電暈放電技術、火焰燃燒技術或底漆來進行的。
8.權利要求1的絕緣膠帶，其在壓花加強聚合物層和第一柔性層之上進一步包括第二柔性層，該第二柔性層是用來提高絕緣膠帶柔韌性和厚度的。
9.權利要求8的絕緣膠帶，其中該第二柔性層在20℃時的拉伸比低於400％。
10.權利要求9的絕緣膠帶，其中該第二柔性層是由柔性的聚合物材料組成的，該柔性聚合物材料包括聚乙烯(PE)，聚丙烯酸酯，聚氨酯樹脂(PU樹脂)，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或SurlynTM。
11.權利要求8的絕緣膠帶，其中所述第一柔性層和壓花加強聚合物層是利用壓印工藝壓印的，以在整個第一柔性層和壓花加強聚合物層上形成多個隨機分布的孔，進而增強絕緣膠帶的柔韌性。
12.權利要求8的絕緣膠帶，其中所述第二柔性層和壓花加強聚合物層是利用壓印工藝壓印的，以在整個第二柔性層和壓花加強聚合物層上形成多個隨機分布的孔，進而增強絕緣膠帶的柔韌性。
13.權利要求1的絕緣膠帶，進一步包括與所述粘合劑層相鄰的隔離襯，以保持該粘合劑層的粘附特性。
14.權利要求1的絕緣膠帶，進一步包括覆蓋第一柔性層的隔離劑塗層；其中該絕緣膠帶的粘合劑層在絕緣膠帶捲起來的時候與所述的隔離劑塗層相鄰。
15.權利要求1的絕緣膠帶，進一步包括用來防止電磁波的幹擾(EMI)作用的導電層。
16.權利要求15的絕緣膠帶，其中該導電層由金屬材料組成，所述導電材料包括鋁、銅、錫、銀、鋅、鐵、合金或導電的聚合物。
17.權利要求16的絕緣膠帶，其中該導電層是利用金屬氣相沉積技術或熱層壓技術形成的。
18.權利要求17的絕緣膠帶，進一步包括隔離劑塗層，該隔離劑塗層覆蓋在導電層上；其中該絕緣膠帶的粘合劑層在絕緣膠帶捲起來的時候與所述的隔離劑塗層相鄰。
全文摘要
用具有優異絕緣性能的非滷化材料製備的複合絕緣膠帶。該複合絕緣膠帶具有壓花加強的聚合物層,第一柔性層和粘合劑層。所述第一柔性層用於提高複合絕緣膠帶的柔韌性和同形度,而粘合劑層用於使絕緣膠帶緊密地粘附到物體上。還公開了製備複合絕緣膠帶的方法。所述第一柔性層為20℃下拉伸比低於400%的材料。所述壓花加強聚合物層先用壓印工藝壓印,形成隨機遍布於壓花加強聚合物層的孔。這強化了壓花加強聚合物層的柔韌性。
文檔編號B32B5/02GK1370112SQ00811953
公開日2002年9月18日 申請日期2000年5月9日 優先權日2000年5月9日
發明者林啟祥 申請人:四維企業股份有限公司