用於改善薄膜的阻尼性能的方法與流程
2023-11-12 07:10:22
本發明整體涉及微結構化的薄膜。特別地，本發明涉及提供改善的阻尼性能的微結構化薄膜。
背景技術：
：隨著電子設備(例如，行動電話和平板電腦)變得越來越薄，提供跌落和衝擊吸收的阻尼層通常必須在厚度上小於約20毫米。在需要聲音、振動和衝擊吸收的應用中，阻尼層可由基於諸如聚氨酯、聚烯烴和丙烯酸類樹脂的不同化學物質的泡沫製成。這些泡沫的阻尼性能強烈地取決於泡沫的化學性質以及泡孔結構的大小和類型。隨著對於更薄的顯示設備和更薄的粘合線的需求的增加，需要泡沫在較低的厚度值下提供類似或更好的緩衝特性。當前阻尼層基於丙烯酸類樹脂、聚烯烴、天然或合成彈性體或聚氨酯的開孔泡沫或閉孔泡沫。泡沫泡孔結構中的氣體幫助吸收在不同機械過程中產生的應力。然而，需要大的泡孔體積(通常大約30vol％-40vol％)以提供所需的應力吸收水平。隨著越來越強調減小顯示器厚度，阻尼層的厚度已經減小到小於200μm。由於差的內聚強度，處於這些厚度值的泡沫在工藝處理和可再加工性方面具有多個缺點。技術實現要素：在一個實施方案中，本發明是包括聚合物層的阻尼結構，該聚合物層具有第一表面和第二表面。第一表面包括多個微結構，其中微結構中的每個的寬度小於約400微米。聚合物層的彈性模量在25℃下大於約0.1MPa且小於5GPa。聚合物層是非粘性的。在另一個實施方案中，本發明是包括聚合物層和密封層的阻尼結構。聚合物層具有第一表面和第二表面。表面中的至少一者包括具有分立的腔的多個形貌特徵結構。密封層被定位成與包括多個形貌特徵結構的表面相鄰。密封層密封腔的至少一部分，將氣體包埋在其中。附圖說明圖1A為包括本發明的阻尼結構的第一實施方案的成形構造的剖視圖。圖1B為本發明的阻尼結構的第一實施方案的剖視圖。圖1C為本發明的阻尼結構的第一實施方案的頂視圖。圖2A為包括本發明的阻尼結構的第二實施方案的成形構造的剖視圖。圖2B為本發明的阻尼結構的第二實施方案的剖視圖。圖3A為包括本發明的阻尼結構的第三實施方案的成形構造的剖視圖。圖3B為本發明的阻尼結構的第三實施方案的剖視圖。圖4A為包括本發明的阻尼結構的第四實施方案的成形構造的剖視圖。圖4B為本發明的阻尼結構的第四實施方案的剖視圖。圖5A為包括本發明的阻尼結構的第五實施方案的成形構造的剖視圖。圖5B為本發明的阻尼結構的第五實施方案的剖視圖。圖5C為本發明的阻尼結構的第五實施方案的剖視圖。圖5D為具有密封層的本發明的阻尼結構的第五實施方案的頂視圖。這些圖不是按比例繪製，並且只是旨在為了進行示意性的說明。具體實施方式本發明的阻尼結構改善薄層諸如膜和/或泡沫的阻尼性能或衝擊吸收性。阻尼結構包括具有第一表面和第二相反表面的聚合物層。微結構化的腔，例如，通道或凹坑，和/或突出部(統稱為微結構)結合在聚合物層的第一表面和第二表面中的至少一個上，並且由於它們的阻尼效應而起到改善產品處理的作用。微結構提供形貌表面並且是發泡的另選途徑，以增加聚合物層中的空氣體積，而不顯著影響聚合物層的機械性能。除了改善的衝擊吸收性之外，本發明的微結構，即，阻尼結構具有改善的可重新定位性、表面潤溼性、層施加和處理。另外，微結構化聚合物層的形狀和尺寸提供在層合期間改變微結構化元件中局部壓力的量的能力。圖1A示出本發明的阻尼結構10的第一實施方案的成形構造的剖視圖，本發明的阻尼結構10包括聚合物層12、微結構化襯件14和剝離襯件16。聚合物層12包括第一表面18和第二表面20，微結構化襯件14包括第一表面22和第二表面24，並且剝離襯件16包括第一表面26和第二表面28。在從聚合物層12中去除襯件14、襯件16之後，聚合物層12變為微複製層並充當阻尼層。改善的阻尼特性是微結構化襯件14的形貌表面的結果。聚合物層12可是任何非粘性聚合物層，該非粘性聚合物層基本上不含莫氏硬度小於約5、並且具體地小於約3的無機粒子。基本上不含無機粒子意指小於約5％、具體地小於約3％、並且更具體地小於約1％的無機粒子。在一些實施方案中，聚合物層12不包括無機粒子。當通過動態機械熱分析(DMTA)測量時，聚合物層12的Tanδ峰值為至少約0.3、具體地至少約0.5、並且更具體地至少約0.7。可使用任何常規的DMTA方法進行DMTA測試。可使用拉伸模式配置進行DMTA。採用的頻率可為0.1Hz至1,000Hz，典型的為1Hz。可在高於Tanδ峰值約至少40℃且低於Tanδ峰值40℃的溫度範圍內進行DMTA掃描，其中在DMTA期間的溫度升高可選擇在約0.1℃/min至約10℃/min的範圍內。用於測試的聚合物層12的厚度可在約50微米至約5mm的範圍內。樣品的寬度可在約1mm至約10mm的範圍內。標距可在約10mm至30mm的範圍內。在測試期間樣品的應變可在標距的約0.01倍至2倍的範圍內。在一個實施方案中，聚合物層12在25℃下的彈性模量為約0.01MPa或更大、0.1MPa或更大、0.5MPa或更大或甚至1MPa或更大。彈性模量可為約5GPa或更小、約1GPa或更小或甚至約0.5GPa或更小。聚合物層12可是膜或泡沫。合適的聚合物的示例包括但不限於：丙烯酸類樹脂、聚烯烴、天然或合成彈性體和聚氨酯。聚氨酯特別適合作為聚合物層。聚合物層12可任選地包含具有改善導電性、導熱性、電磁幹擾(EMI)屏蔽、EMI吸收或它們的組合的功能性的材料。在一些實施方案中，聚合物層12和/或一個或多個粘合劑層，當存在時，可包括導電粒子和導電互連層中的至少一者。在一些實施方案中，聚合物層12和/或一個或多個粘合劑層，當存在時，可包括導熱粒子或導熱互連層中的至少一者。在一些實施方案中，聚合物層12和/或一個或多個粘合劑層，當存在時，可包括EMI吸收粒子、EMI屏蔽粒子、EMI吸收互連層和EMI屏蔽互連層中的至少一者。形成在聚合物層12的表面上的腔和/或突出部通過允許空氣通過該層流出而耗散應力。通過變化微結構化襯件14的形貌表面來控制腔和/或突出部的形狀和尺寸。聚合物層12的第一表面18的形貌將具有微結構化襯件14的反轉形貌。微結構化襯件14的第二表面24包括由具有形狀和尺寸的多個特徵結構30產生的形貌，該形狀和尺寸對應地在聚合物層12中產生腔和/或突出部(微結構32)。形貌可包括下述特徵結構，諸如在其主表面中的至少一個的x平面、y平面內的至少一個維度上、並且優選至少兩個維度上互連的突出部和/或腔。在這種情況下，具有微結構化襯件14的反轉微結構30的聚合物層12的對應成形微結構32可是允許空氣流出的通道。如果微結構化襯件14包括僅包括分立的突出部的形貌，那麼聚合物層12的對應成形微結構32可是允許包埋流體例如氣體的分立的腔或凹坑。這些突出部和/或腔的形狀和大小在結構化襯件的形貌表面上可是規則或不規則的。同樣，互連可在結構化襯件的主表面中的至少一個主表面的x平面、y平面中的至少一個維度上沿循規則或不規則的圖案。微結構化襯件14的微結構化特徵結構30的所有關鍵尺寸例如高度、寬度、形狀和間距基於聚合物層的表面中期望的最終形貌來選擇。在一個實施方案中，特徵結構30中的每個特徵結構的高度在約5微米和200微米之間，並具體地在約5微米和25微米之間，並且寬度在約15微米和約400微米之間，具體地在約50微米和約300微米之間。在另一個實施方案，特徵結構30中的每個特徵結構的高度/深度在約10微米和約200微米之間，具體地在約25微米和約75微米之間。在一個實施方案中，相應的突出部或相應的腔之間的中心距離在約20微米和約500微米之間，具體地在約20微米和約100微米之間。在一個實施方案中，對於100微米厚的聚合物層，特徵結構的高度在20微米和50微米之間。在另一個實施方案中，對於100微米厚的聚合物層，特徵結構的高度在30微米和45微米之間。微結構化襯件14的形貌表面可包括本領域的技術人員已知的任何成型的特徵結構，而不脫離本發明的預期範圍。例如，微結構化襯件14的微結構化特徵結構30可包括但不限於：柱、稜錐、梯形、通道等。此外，微結構不必以規則或重複圖案諸如線或十字圖案布置。微結構30也可呈無規圖案。在一個實施方案中，微結構30產生通道、凹坑或它們的組合。在本發明的實施方案中，製備微結構化聚合物層即微結構化聚合物層。在圖1A中所示的第一實施方案中，具有第一微結構化表面18和第二表面20的微結構化聚合物層12被示出具有與聚合物層12的第一表面18相鄰的微結構化襯件14和與聚合物層12的第二表面20相鄰的第二剝離襯件16。如先前所提及的，微結構化襯件14的第二表面24包括具有多個形貌特徵結構30的微結構化表面。在該實施方案中，微結構化表面24包括沿微結構化襯件14的長度延伸的多個截稜錐形狀。在製造期間，微結構化襯件14的微結構化表面24被放置成與聚合物前體接觸，微結構化表面24的圖案被轉移到聚合物前體。在聚合物前體的固化時，形成聚合物層12，並且在聚合物層12中製備微結構化表面18，微結構化表面18是微結構化襯件14的微結構化表面24的反轉。微結構化襯件14的微結構化表面24與成形聚合物的接觸產生底面區域和腔和/或突出部。在一些實施方案中，當腔和/或突出部形成通道時，製備具有允許空氣流出的微結構化表面18的聚合物層12。圖1B和圖1C分別示出在已經去除襯件14、襯件16之後形成的微結構化聚合物層12a的剖視圖和頂視圖。如可以看出的那樣，一旦微結構化襯件14從聚合物層12去除，通道34被結合在聚合物層12的第一表面18上，從而允許空氣流出。圖2A示出本發明的阻尼結構100的成形構造的第二實施方案的剖視圖，本發明的阻尼結構100包括聚合物層102、第一微結構化襯件104和第二微結構化襯件106。第二實施方案的聚合物層102和第一微結構化襯件104在特性和功能性上類似於第一實施方案的聚合物層12和微結構化襯件14。第二微結構化襯件106在特性和功能性上類似於第一微結構化襯件104，其中第二微結構化襯件106的微結構化表面116被定位成與聚合物層102的第二表面110相鄰。在該實施方案中，第二微結構化襯件106的形貌表面116與第一微結構化襯件104的形貌表面114相同。在圖2A的實施方案中，聚合物層102的第一表面106的微結構120與聚合物層102的第二表面110的微結構122相同。在其它實施方案中，第二微結構化襯件106的形貌表面可與第一微結構化襯件104的形貌表面不同。在這些實施方案中，聚合物層102的第一表面106的微結構與聚合物層102的第二表面110的微結構不同。圖2B示出在已經去除襯件104、襯件106之後微結構化聚合物102a層的剖視圖。如從圖2B可以看出的那樣，一旦去除襯件104、襯件106，聚合物層102a就包括位於第一表面108和第二表面110兩者上的通道124，從而允許空氣沿兩個表面流出。圖3A示出本發明的阻尼結構200的成形構造的第三實施方案的剖視圖。該成形構造包括聚合物層202、壓敏粘合劑204、第一微結構化襯件206和第二微結構化襯件208。第三實施方案的聚合物層202和第一微結構化襯件206在特性和功能性上類似於第一實施方案的聚合物層12和微結構化襯件14以及第二實施方案的聚合物層102和微結構化襯件104。第二微結構化襯件208在特性和功能性上也類似於第二實施方案的第二微結構化襯件106，不同的是第二微結構化襯件208的第一表面222被定位成與壓敏粘合劑204的第二表面216相鄰。壓敏粘合劑204的第一表面214被定位成與聚合物層202的第二表面212相鄰。在圖3A的實施方案中，第二微結構化襯件208的形貌表面222與第一微結構化襯件206的形貌表面220不同。在該實施方案中，聚合物層202的第一表面210的微結構226與壓敏粘合劑204的第二表面220的微結構228不同。在其它實施方案中，第二微結構化襯件208的形貌表面可與第一微結構化襯件206的形貌表面相同。在這些實施方案中，聚合物層202的第一表面210的微結構與壓敏粘合劑204的第二表面216的微結構相同。圖3B示出在已經去除襯件206、襯件208之後微結構化聚合物層和微結構化壓敏粘合劑層合體的剖視圖。如從附圖中可以看出的那樣，一旦已經去除襯件206、襯件208，聚合物層202a和壓敏粘合劑204a現在就包括微結構化表面，從而產生通道230、通道232以允許空氣沿暴露表面流出。本發明的阻尼結構300的第四實施方案類似於微複製結構的第三實施方案，不同的是，在第四實施方案中，如圖4A和圖4B的剖視圖所示，阻尼結構300包括第一壓敏粘合劑和第二粘合劑。第四實施方案包括聚合物層302、第一壓敏粘合劑304、第二粘合劑306、第一微結構化襯件308和第二微結構化襯件310。在一個實施方案中，第二粘合劑306可為壓敏粘合劑。在一個實施方案中，阻尼結構300可任選地包括被定位在壓敏粘合劑304和壓敏粘合劑306之間的塑料背襯或芯312。第四實施方案的聚合物層302、第一壓敏粘合劑304、第一微結構化襯件308和第二微結構化襯件310在特性和功能性上類似於第三實施方案的聚合物層202、第一壓敏粘合劑204、第一微結構化襯件206和第二微結構化襯件208。然而，在第四實施方案中，第二粘合劑306被定位在聚合物層302和第一壓敏粘合劑304之間。第二粘合劑306的第二表面324被定位成與第一微結構化壓敏粘合劑304的第一表面318相鄰，並且第二粘合劑306的第一表面322被定位成與聚合物層302的第二表面316相鄰。在圖4A的實施方案中，第二微結構化襯件310的形貌表面330與第一微結構化襯件308的形貌表面328不同。在該實施方案中，聚合物層302的第一表面314的微結構334與第一壓敏粘合劑304的第二表面320的微結構336不同。在其它實施方案中，第二微結構化襯件310的形貌表面可與第一微結構化襯件308的形貌表面相同。在這些實施方案中，聚合物層302的第一表面314的微結構與第一壓敏粘合劑304的第二表面320的微結構相同。如從圖4B中可以看出的那樣，在去除襯件308、襯件310之後，聚合物層302a和第一壓敏粘合劑304a各自包括微結構化襯件308、微結構化襯件310先前定位在其中的微複製表面314、微複製表面320。微複製表面314、微複製表面320分別在聚合物層302a的第一表面314和第一微結構化壓敏粘合劑304a的第二表面324上產生通道338和通道340，從而允許空氣沿兩個表面流出。第四實施方案包括被定位在微結構化聚合物層302a和第一微結構化壓敏粘合劑304a之間的第二粘合劑306。圖5A、圖5B、圖5C和圖5D示出本發明的阻尼結構400的第五實施方案。如圖5A所示，阻尼結構400包括聚合物層402、被定位成與聚合物層402的第一表面408相鄰的微結構化襯件404，和被定位成與聚合物層402的第二表面410相鄰的剝離襯件406。第五實施方案的聚合物層402、微結構化襯件404和剝離襯件406在功能性上類似於第一實施方案的聚合物層12、微結構化襯件14和剝離襯件16，不同的是在第五實施方案中，聚合物層402可由泡沫製成，並且微結構化表面408是微結構化襯件404的形貌表面414的反轉並包括多個單獨的和分立的、正方形、截稜錐狀突出部。因此，如從圖5B的剖視圖和圖5C的頂視圖中可以看出的那樣，在去除襯件404、襯件406之後，聚合物層402a包括位於聚合物層402a的第一表面408上的具有分立的凹坑或腔的第一微結構化表面408。雖然圖5中示出了分立的、正方形、截稜錐狀突出部，但是可使用在本領域中任何已知形狀的分立的腔。當圖5D所示的密封層422抵靠微結構化聚合物層402a的第一表面408定位時，凹坑420允許空氣被截留在微結構化聚合物層402a內。在一個實施方案中，密封層422的厚度小於凹坑420在微結構化聚合物層402a中的深度。在一個實施方案中，密封層422是本領域的技術人員已知的塑料膜。例如，塑料膜可是諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯的聚酯、諸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烴，或諸如尼龍6、尼龍6,6和尼龍6,12的聚醯胺、聚碳酸酯等。在一個實施方案中，本發明的阻尼結構的微結構化表面是通過製備可固化的聚合物前體並將該前體塗布在剝離襯件之間而形成的。剝離襯件中的至少一個剝離襯件包括在聚合物層上具有期望表面的反轉表面的微結構化表面。在塗布後，前體經由加熱或光化輻射(例如，UV輻射)而固化以形成聚合物層。然而，如果使用軟的熱塑性聚合物或熱塑性彈性體，那麼可使用熱(高於玻璃化轉變溫度或軟化溫度)和壓力(大於1磅每線英寸(PLI)的壓印工藝來形成聚合物層的微結構化表面。另外，如果壓敏粘合劑從隨後在熱烘箱中乾燥的溶劑溶液澆鑄出，那麼乾燥的壓敏粘合劑將呈現微結構化圖像。實施例在以下僅旨在說明的實施例中更加具體地描述本發明，這是由於本發明範圍內的許多修改和變型對於本領域的技術人員而言將顯而易見。除非另有說明，否則以下實施例中報告的所有份數、百分比和比率是基於重量的。材料測試方法、製備過程微結構化剝離襯件1(MSRL1)的製備MSRL1通過常規的微壓印技術製備，參見例如美國專利6,524,675(Mikami等人)和6,759,110(Flemming等人)，這些專利全文以引用方式併入本文中。壓印剝離襯件以在前側表面上形成突出脊的圖案。襯件通常具有約125微米厚的紙芯、在後側具有無光飾面的約25微米厚的聚乙烯、在前側具有光澤飾面的約25微米厚的聚乙烯，以及在光澤聚乙烯側的商業矽氧烷塗層。使用雕刻的壓印工具在加熱和壓力下形成圖案。在襯件中壓印的最終圖案是兩組相交的平行脊的陣列，該兩組相交的平行脊的陣列形成與工具的軸線取向成45度的腔的正方形網格陣列。脊具有梯形橫截面形狀。梯形的基部長度為約130微米，並且梯形的頂部長度為約26微米。梯形的兩個內側壁和基部之間的角度均為約30°。梯形的高度為約30微米。梯形橫截面形的脊的線密度為約15線每英寸，從而得到約1693微米的重複節距(脊之間的中心到中心距離)。用於產生該襯件圖案的壓印工具具有該圖案的反轉。微結構化剝離襯件2(MSRL2)的製備類似於MSRL1來製備MSRL2，不同的是特徵結構尺寸不同。MSRL2具有與壓印工具的軸線取向成45度的截頂的、正四稜錐形腔的正方形網格陣列。這些腔產生相交的線性脊的對應陣列，該線性脊彼此垂直。突出到襯件中並表示腔的底部的稜錐頂部的長度為約2微米。稜錐基部為約286微米，並且稜錐高度(深度)為約25微米。截頂的、正四稜錐形腔的線密度為約87每英寸，從而得到約292微米的重複節距(腔之間的中心到中心距離)和約6微米的腔之間的對應間距。用於產生該襯件圖案的壓印工具具有該圖案的反轉。微結構化剝離襯件3(MSRL3)MSRL3是可商購獲得的襯件，其以商品名83703BE購自韓國首爾的3M韓國有限公司(3MKorea,LTD.,Seoul,SouthKorea)。83703BE是具有黑色PET作為芯基底的雙面壓敏粘合劑(psa)轉移膠帶並且雙剝離襯件與psa相鄰。psa主表面中的一個主表面具有微結構化表面，該微結構化表面對應於相鄰剝離襯件的反轉微結構。另一個丙烯酸類樹脂psa具有基本上平坦的主表面，該基本上平坦的主表面對應於相鄰剝離襯件的基本上平坦的主表面。實施例1-實施例3和比較例5(CE-5)多元醇預混物通過混合75重量份(pbw)的CarpolGP-1000、25pbw的CarpolGP-700、9.5pbw的FyrolHF-5、2.0pbw的REPI90332Black、0.1pbw的Bicat8210和0.2pbw的BicatZ來製備。將組分置於購自南卡羅來納州蘭德隆的弗萊克特克份有限公司(FlackTekInc.,Landrum,SouthCarolina)的DAC杯，並使用購自弗萊克特克份有限公司(FlackTekInc.)的HauschiidSPEEDMIXERDAC400FVZ以2100rpm混合2分鐘。異氰酸酯預混物由90pbw的Rubinate1670和10.5pbw的FyrolHF-5製備而成。如上所述混合異氰酸酯預混物的組分。通過使用2體積份的多元醇預混物和1體積份的異氰酸酯預混物將兩種預混物溶液合併到具有靜態攪拌器的注射器中。將液體從注射器通過混合器分配，從而形成反應性聚氨酯前體溶液。通過在適當的剝離襯件(參見表1)之間刮刀塗布聚氨酯前體來製備聚氨酯薄膜。在所有實施例和比較例中，聚氨酯前體以5密耳(127微米)的厚度塗布。然後，將聚氨酯前體在170℉下固化2分鐘，得到無粘性的聚氨酯膜。除了比較例5之外，所有實施例具有至少一個主表面，該至少一個主表面具有經由塗布工藝製備的微結構化表面和對應的相鄰微結構化襯件表面。聚氨酯膜的微結構化表面是微結構化剝離襯件的微結構化表面的反轉結構。當MSRL3用作頂部襯件時，在塗布之前，去除與微結構化psa表面相鄰的(所接收的雙面膠帶的)剝離襯件。然後，塗布聚氨酯前體，由此使得其與MSRL3的微結構化psa表面相鄰。實施例4實施例4類似於實施例1-實施例3進行製備，不同的是底部剝離襯件為MSRL3並且頂部剝離襯件為MSRL1。在這種情況下，從MSRL3去除與基本上平坦表面相鄰的(所接收的雙面膠帶MSRL3的)剝離襯件。當塗布時，與MSRL3的psa的基本上平坦表面和MSRL1的微結構化表面相鄰塗布聚氨酯前體。在固化聚氨酯前體之後，聚氨酯膜由包括微結構化聚氨酯(與MSRL1的微結構化表面相鄰的表面)的一個主表面的層合構造組成並且另一個主表面為MSRL3的psa的微結構化表面。該構造仍包括與層合體(微結構化聚氨酯和微結構化psa)的兩個主外表面接觸的剝離襯件，在使用之前可去除剝離襯件。實施例1和實施例2製備包括被微結構化的一個主表面的聚氨酯膜。實施例3和實施例4製備包括被微結構化的兩個主表面的聚氨酯膜。比較例5沒有微結構化的表面。該構造仍包括與聚氨酯膜的兩個主外表面接觸的剝離襯件，在使用之前可去除剝離襯件。表1.實施例頂部襯件底部襯件1MSRL1RL22MSRL2RL23MSRL1MSRL14MSRL3MSRL1比較例5RL1RL2雖然已經參考優選實施方案描述了本發明，但是本領域的技術人員將認識到，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，可作出形式上和細節上的變化。當前第1頁1 2 3