將薄膜貼合於表面的方法

2023-06-05 20:28:01

專利名稱：將薄膜貼合於表面的方法
技術領域：
本發明涉及將粘性薄膜敷貼於表面上的方法。更具體地說，本發明涉及將粘性薄膜敷貼於表面上的方法，使得薄膜的最終外形與其下面的表面外形緊密地相貼合。
2.相關技術的描述粘性薄膜在現代商業中有許多用途。例如將用於廣告和其它公共告示的巨大圖象印製於薄膜上，而藉助於壓力激活粘結劑將該薄膜粘貼在牆壁和其它表面上。這裡所用的術語壓力激活粘結劑包括常用的粘性壓敏粘結劑以及這樣一些粘結劑(包括能復原的粘結劑)，它們可能含有顆粒，粘性微球，微複製外形(microreplicated topographies)或者諸如這類粘結系統，其粘結性是由施加於粘結劑和被粘結基體之間的壓力所引發。
因為粘性圖象薄膜所要粘貼的許多表面含有凸起、凹陷和其它不平整區域，有利的是所用的薄膜容易貼合這種表面或者使用熱塑性薄膜，藉助於加熱它能夠貼合這種表面。安置此類材料的通常做法是首先妥善地小心將該薄膜層壓成表面上形成沒有褶皺的平滑層，隨後藉助於例如軟墊或刷子加壓並在包含有空氣處刺孔以進行更局部的層壓過程。對熱塑性薄膜，在藉助於例如軟墊和刷子這樣的有彈性工具施壓使薄膜貼合於表面的同時，在表面不平整區域選擇性地加熱薄膜有助於更好的貼合。通常的做法也是，在分離區域，例如有泡區域刺孔，以便釋放出所俘獲的空氣，同時加壓力於分離區域，使該區域貼合併粘結。美國專利6,311,399揭示了一種能產生孔以釋放出空氣的有用工具，這裡安裝了有回彈性能的針，它壓向所層壓的薄膜並刺穿含有空氣區域的薄膜以提供能釋放所俘獲空氣的通道。在分離區俘獲的空氣也可能通過粘結層內部的通道逸出。諸如由美國專利6,197,397所揭示，可以從3M公司買到的ComplyTMPerformance Graphic Making Films粘結系統在粘結層內部包含有允許所俘獲的空氣逸出的微結構通道。
儘管發現了各種粘性薄膜，特別是熱塑性粘性薄膜在商業上的廣泛應用，但留待的問題是需要更容易和更快速的方法將圖像薄膜貼合於不平整的基體上，例如常常出現在半拖車和貨運卡車體上的鉚接構件。因為鉚接構件有著大量的鉚釘頭，它們需要採取措施以改善貼合，完成這些操作的速度變得尤其重要。還有一個需要是一種將薄膜貼合於不平整表面的方法，對薄膜表面的損傷風險很小。加貼一透明保護薄膜或再加一層圖象薄膜可以為貼膜過程和隨後使用時的表面操作提供某種程度的保護。然而，當使用這種加貼後，總的薄膜結構變得更厚從而剛性更強了，這可能使得薄膜在表面不平整處的貼合更困難。
當使用軟墊或刷子對熱軟化熱塑性薄膜加壓使其與不平整表面貼合時，損傷薄膜的危險性更高了。而且，現有的貼合薄膜於不平整表面的方法常常有體力上的要求，它們不僅要求技巧，還要求高體力強度和耐心。此外，現有方法有人類工程學上的要求，它們常常要求同時使用一個加熱源和另外幾種工具，例如一空氣釋放工具以便在薄膜上形成空氣釋放孔，同時還有一把刷子或一塊軟墊施加壓力使薄膜與表面相接觸。這種工作在諸如站立在半拖車或其它大表面的邊上這種環境下進行就更加困難了。
發明的概述本發明提供將粘性薄膜貼合於基體表面上的方法，這裡表面可能有突出物，例如鉚釘頭、銷釘頭或疊加接頭或凹陷區域例如凹槽，窪坑等諸如此類。根據一實施方案，將薄膜敷貼於基體的方法包括下列步驟提供含有粘結劑層的薄膜；安放該薄膜於基體上，使粘結層的一部分與基體接觸；選取薄膜與基體之間的一個區域，此處粘結層與基體不相接觸；在鄰近分離區域的薄膜上形成一個孔；和通過孔對所選擇的區域抽真空以抽出該區域的空氣並迫使鄰近分離區域的薄膜貼向基體。
本發明也涉及包括下列步驟的將粘性薄膜貼合於基體上的方法提供含有粘結劑層的薄膜；安放該薄膜於基體上，使粘結層的一部分與基體接觸；選取該薄膜的分離部分；
提供抽氣探針；對探針抽真空；將該探針向薄膜分離部分推進，以足夠的壓力產生一個孔；以及抽出薄膜分離部分和基體間的空間內的空氣，以使薄膜分離部分貼向基體。
本發明也涉及薄膜和基體的集合體，這是對薄膜使用了上述方法中的任一種。
在薄膜是熱塑性的，並且在室溫下相對剛性而在升高溫度時能軟化並貼合的實施方案中，該方法包括對鄰近某些確定區域的區域內的薄膜加熱，該確定區域以後稱為分離區域，在該區域內薄膜並不貼合需要粘結的下層表面，以及用抽氣探針在合適位置刺穿分離膜，以便以足夠的速率從分離區域抽出俘獲的空氣，所述速率足以減低薄膜下方的空氣壓力，以致大氣壓力能壓迫薄膜與下層表面貼合併互相接觸。這裡所用的術語抽氣探針是指帶有與真空源相連接的孔的任何裝置。在本發明的一個實施方案中，該抽氣探針在施加到薄膜的加熱軟化分離區域上時能夠在要粘貼的薄膜上產生孔。在其它實施方案中，該抽氣探針能夠對未加熱的薄膜穿孔。這樣形成的孔與探針的形狀和大小十分相配，以致在分離區域下方產生壓降，這種壓降能有效地使大氣壓力將分離膜壓向表面，形成緊密的配合和貼合。
所使用的與本發明有關的術語「真空」用來描述相對於環境壓力而言是負壓。該術語並不要求抽氣達到絕對或極低的負壓，或者保持這種負壓，儘管在某些場合，與本發明相關可能和/或希望達到大的負壓。
本發明的進一步詳情在權利要求中詳細說明。
附圖的簡要說明

圖1是一施加有薄膜的典型構件沿水平參考面的部分橫切面的局部視圖，沒有按比例繪製；圖2是圖1的局部放大圖，外加顯示了敷貼於構件上的薄膜的橫切面；圖3是有些類似於圖2的視圖，外加以圖示方式顯示了加熱源和抽氣探針；圖4是有些類似於圖3的視圖，但探針已移向薄膜以便與鉚釘頭近旁的薄膜分離區域相接觸；
圖5是有些類似於圖4的視圖，但探針已經進一步向構件移動以刺穿薄膜；圖6是有些類似於圖5的視圖，但鄰近鉚釘頭的薄膜被畫成鄰近鉚釘頭的分離區域內的空氣已被抽出後的情景；圖7是有些類似於圖6的視圖，但抽氣探針已從薄膜移開；圖8是有些類似與圖2的視圖，但增加了一個探針支架，這是本發明的一個可供選用的實施方案；圖9是有些類似於圖8的視圖，但支架已經移動以使探針移向鄰近薄膜分離區域的一個位置；圖10是有些類似於圖9的視圖，但探針已經移向與薄膜相接觸的位置；圖11是有些類似於圖2的視圖，但是有著一組抽氣探針和熱源，這也是本發明的另一種實施方案；圖12是有些類似於圖11的視圖，但一組探針和一組熱源已移向薄膜；圖13是有些類似於圖12的視圖，但有些探針已經刺穿鄰近薄膜分離區域的薄膜以便抽出內部的空氣；以及圖14是一幅典型的立面視圖，它從水平方向觀察已敷貼於表面的薄膜，所述表面有一突起物，該突起物一開始就使膜出現與其鄰近的不規則形狀的分離區域。
較好實施方案的詳細描述圖1描繪了常常敷貼粘性薄膜的典型基體或構件。這類構件可能出現在諸如卡車體上，尤其是貨車和半拖車體上，這裡交疊的平板12和14是鋁側平板而部件16是貨車體內部的垂直框架件。該構件由帶有釘頭11的鉚釘10固緊在一起，釘頭11突出在平板12的外表面上。
參考圖2，薄膜20包括背襯和壓力活性粘結層，此處，粘結層與平板12的表面23相鄰近。在一種實施方案中，薄膜20包括能耐室溫但在升高溫度下軟化並具有貼合性的熱塑性背襯。已經發現，通常使用的熱塑性薄膜材料，例如可塑聚氯乙烯、聚烯烴聚合物和共聚物以及各種聚酯都顯出有對本發明所用方法適合的高於其軟化點的溫度範圍。應理解的是，某些軟化點為室溫或低於室溫的薄膜材料也適用於本發明沒有加熱步驟的某些應用。此外，已經發現，多層薄膜例如包含加貼層(overlaminate)的薄膜和單層薄膜在本發明中都是有用的。同時，因為許多壓力活性粘結劑有著熱塑性性質，在加熱作為貼合過程一個步驟的本發明的實施方案中，粘結層對表面的貼合性能也能得到改善。合適的粘性薄膜能從3M公司購得，通常稱為標記膜(markingfilm)。其例子包括購自位於St.Paul，MN的3M公司的3MTMScotchcalTMMarkingFilm，和也購自3M公司的熱成形的3MTMScotchliteTMReflective Sheeting。本發明的一個優點是原先可能並不適合用做粘性層壓膜的膜材料現在也可以使用了，因為在貼合過程中減少了的機械接觸使得加熱可能在較大的範圍進行。
作為例子，薄膜20是手工層壓於表面23和鉚釘頭11上的。結果，被鉚釘頭11頂起離開平板12的薄膜20的分離部分21形成了分離區域24，這個現象稱為撐篷。與此類似，如果薄膜20層壓於一凹陷上，就會發生搭橋現象，這時薄膜20覆蓋了凹陷而沒有貼合。儘管薄膜撐篷和搭橋對被層壓薄膜的外觀可能有也可能沒有大的影響，但對薄膜的長期耐用性會有不利的影響。例如，如果天氣或其它不利條件引起薄膜20發生脆裂或開裂，缺少支撐的部分21就可能撕裂或被完全分離開，而對薄膜20附著部分的損害則可能很少可見，這是因為它是由表面23支撐著的。
儘管本發明對貼合相對小的薄膜分離部分於表面上是有用的，但本發明的方法並不受此限制。已經發現藉助本發明的方法使用容易掌握的技術，較大的薄膜分離部分也能夠貼合於表面上。在一種實施方案中，薄膜20是熱塑性的，靠近分離區域周邊的分離部分首先被加熱軟化和抽氣，隨後對剩下的分離區域重複加熱和抽氣。分離區域的體積逐漸變小，一直到整個膜分離部分貼合併粘結在表面上。已經發現一個可供選用的技術，它對貼合大的薄膜分離部分是有用的，該技術是在不抽真空時將抽氣探針刺入薄膜的分離區域，然後開始抽真空，並最後加熱鄰近分離區域的那部分薄膜，加熱從離開抽氣探針最遠處開始並同時保持抽氣。對在室溫下能高度貼合的薄膜，可能不需要加熱就可獲得可接受的貼合。
參考圖3，該圖示意性地描繪了實現本發明方法一種實施方案的裝置。該裝置包括熱源30和抽氣探針32。熱源30可以是，例如吹向膜分離部分21的熱空氣源，輻射熱源或者任何其它熱源，只要能將膜分離部分21加熱到合適的溫度而又不至將薄膜烤焦、引燃或遭受其它損傷。熱源30的能量可以來自電源，燃料的燃燒或任何其它合適的能源。較佳的情況是膜分離部分21被加熱到它的軟化點以上的一個溫度，較好是這樣一個溫度，此時大部分，較好是全部的殘餘應力都得到釋放而又不至於熱到使薄膜20喪失其完整性，變得被烤焦了或者受到其它形式的損傷。
再次參考圖3，抽氣探針32包括接觸部件34和連接部件36。接觸部件34可以是例如金屬管或中空針，其末端33筆直地被切割成一垂直於管的中心圓柱軸線的平面。已經發現，內外徑類似於10到20號(gauge)皮下注射器針頭的金屬管特別合適。這種類型的管可以從位於1001 West Saint Paul Avenue，Milwaukee，WI 53233的Aldrich Scientific買到。根據Aldrich的說明，10號大小的皮下注射管的內徑約為2.7毫米，而外徑約為3.4毫米。20號大小的皮下注射管的內徑約為0.58毫米，外徑約為0.90毫米。
最佳的管號有賴於幾個因素，包括熱源類型和溫度、薄膜類型、薄膜厚度、分離膜的數量、真空程度以及真空源的氣流特徵。已經發現，對用於鉚釘的典型圖畫標記膜，15-20號管是較佳的。較小直徑的管往往會減低探針的流量。在某些情況下，減低的流量對將薄膜部分21壓向鉚釘頭11和表面23的淨壓力差有不利影響。減低的流量也減低了薄膜部分21貼合於鉚釘頭11和平板12上的速度。另一方面，較大直徑的管往往會在薄膜20上形成較大的穿孔，這可能對外觀有不利影響。已經發現，對用於製作管的特殊材料並不嚴格要求，儘管金屬管，尤其是由不鏽鋼皮下注射針管制成的管有著耐用的優點。應明白，雖然已經發現圓柱形管是合適的，但其它橫切面形狀的管也可使用，而且在某些情況下可能更有好處以致成為優選。此外，雖然具有不變橫切面的圓柱形管有簡單化的優點，但在某些情況下具有可改變或能調整橫切面大小的管可能是有用的。例如，為了增強氣流和減低堵塞的危險，與薄膜接觸的小直徑的短管可能脹大或者以較大直徑的管來替代。還有，不同的探針尖形狀適用於不同的應用場合。例如，以垂直於管軸線的平面筆直地切割的探針尖有著平的尖頭，已經發現這類探針尖頭適用於抽氣前就加熱的薄膜。另一方面，在加熱前探針就穿刺進薄膜的情況下，如像有很大分離區域要抽氣或者不使用加熱時所做的那樣，具有斜切的帶有鋸齒的或類似形狀的探針可能更為有用，這種形狀更易切割薄膜。已經設想過可以提供多批具有不同形狀的探針，它們容易拆卸和安裝，以致對任何特殊的工作，使用者都可以選擇最合適的探針，並且如果需要，可以在決定最合適的一個探針之前試用各種各樣的探針尖頭。
參考圖4，從分離區域24抽出的俘獲空氣是這樣開始的，抽氣探針32觸及膜的分離部分21，並將其繼續向膜部分21推進形成凹陷40。在本發明的一種實施方案中，這種向下推進是在膜的分離部分21被加熱軟化後完成的。在該過程的某個時刻，加熱軟化和探針32的向下推進力達到了足以在薄膜部分21中產生穿透的程度，以致如象在圖5中所描繪的那樣形成了孔50。一種實施方案是對足夠加熱軟化的薄膜部分21施加足夠的探針力就簡單地產生了穿透，而在另一種實施方案中，在加熱軟化前，一預先設定的探針力被先行施加並保持不變，然後加熱薄膜部分21至足夠的軟化程度，以使探針穿透薄膜部分21並隨之形成孔50。也還有一種實施方案，不需加熱，探針尖頭就能穿透薄膜部分21，並且根據所用薄膜20的性能決定需要加熱或不需要加熱就使薄膜貼合於表面。
發明者不希望受到關於探針穿透熱軟化薄膜的確切機理的任何特定理論所束縛，事實上對各種條件下穿透現象的觀察得出不只一種的穿透模式。在有些情況下，似乎探針的抽真空使熱軟化薄膜部分被抽入探針，這可能有助於穿透。在另一些情況下，在穿透前探針可能機械切割開至少一部分薄膜。類似地，探針32的接觸部件34與薄膜部分21之間密封的確切性質並不清楚。而且，不清楚是否發生嚴密的密封，或者如果發生的話，這種密封持續多長時間。然而，似乎在接觸部件34和孔50之間的氣流受到足夠的限制，以允許足夠的淨氣流從區域24流出而進入探針32，並使分離區域24的空氣壓力減低，使其低於環境或大氣壓力。如圖6中所描繪的，這種壓力減低對消除分離區域24並使表面貼合是有效的。在某些情況下，似乎可以先用最好的儀器在薄膜部分21上製作一個孔，然後使真空探針靠近該孔而不真正進入該孔，從而在分離區域24內產生足夠的空氣壓降並形成貼合。本發明並不局限於減低分離區域內部空氣壓力過程的任何特殊的流體動力學模式。
參考圖7，在貼合完成後，移開探針32，留下孔50，如果所選擇的接觸部件32的大小適當，該孔能夠小到基本上覺察不到。
術語真空源可以包括任何這樣的裝置，它較佳地提供一能減低空氣壓力的任何容器，在抽氣探針與真空源相連接進行抽氣時，它能夠產生氣流足以使得分離區域24內達到一有效的真空度。真空源可以是連續的或間歇的。連續真空源的例子包括活塞型真空泵，旋轉翼型真空泵，如象用於真空清潔器中的渦輪型真空設備，如象文氏管裝置的流體動力學氣流發生裝置，以及在產生一有效氣流強度時能減低氣壓的其它連續氣流儀。間歇性真空源的例子包括彈簧驅動或手動的活塞和導流板，彈性球，以及其它以一封閉體積的膨脹產生減壓的裝置。真空罐和其它一定量空氣已被抽出的封閉體積也能用作真空源。真空源也可包括上述裝置和儀器的組合。
這裡所用的術語真空閥是指任何在抽氣探針和真空源之間裝入的閥門。真空閥可用於控制對抽氣探針的抽真空。
在本發明的一個實施方案中，抽氣探針32是一手持裝置。較特別的是，作為手持探針的探針32較佳地有像鉛筆或鋼筆這種書寫工具相近的大小、形狀和大體構形，這樣就有一個好處，使得許多使用這種構形裝置的人能靈巧使用。在使用加熱的實施方案中，電動加熱槍能用於薄膜的加熱。因為這類加熱槍可以以空氣溫度傳感裝置和空氣溫度控制系統在市場上買到，已經發現操作者能夠達到高水平的技巧進行有效的加熱和抽空工序以獲得在鉚釘周圍的薄膜部分21和其它表面不平整區域的貼合而又不會對薄膜20有大的損傷。本發明的一個優點是，因為除去穿孔點外，被加熱薄膜部分21和抽氣探針32之間幾乎沒有什麼力學接觸，在某些情況下，就可能在貼合過程中將薄膜部分21加熱到更高的溫度而不致引起下列這類損傷，諸如刷子、軟墊或類似的其它裝置與加熱軟化狀態下的薄膜20相接觸時可能發生的損傷。這附加的靈活性減輕了操作者的勞累並且由於薄膜20較高的軟化程度改善了貼合。
在另一可供選擇的實施方案中，如象圖8所作的示意性描述，使用一種機械夾持和移動工具來安置探針32和將其向膜分離部分21推進。例如由探針夾持裝置80將探針32安置在相對鉚釘頭11來說是同一水平方向上，圖中探針夾持裝置80是橫切面示意圖，它被安放在薄膜20上並能在其上滑行以在水平方向上將探針32定位。圖8描述夾具80在固定其位置前沿著數字81所標箭頭方向的移動是抽氣前它的最終位置。
圖9描繪了探針32位於要對薄膜分離部分21抽氣的位置上，這是在與薄膜20相接觸之前。較佳的是，探針夾持裝置80要安置成不要與薄膜20的任何熱軟化的那部分相接觸，因為這可能對薄膜表面產生機械損傷。探針夾持裝置80可以包括諸如凹槽或其它構件的定位裝置，它們要適合薄膜20所要層壓的基體的特殊機械特徵，其目的是將夾持裝置80相對膜分離部分21要貼合的鉚釘10或其它構件進行定位。例如，夾持裝置80可以包括一個或幾個凹槽，這些凹槽可以承接位於薄膜20未被加熱區域內的其它鉚釘，以便於相對鉚釘10作正確定位。此外，夾持裝置80的某些部分或整體可以由透明材料製作，以便能更好地觀察到鄰近分離區域24的區域。
熱源30僅示意地描繪，它可以有許多形式，例如一手持熱槍或一個與探針夾持裝置80相連接的加熱裝置。作為選擇，熱源可以與探針相連接而作為一個單一的手持單元。一個另外的選擇是手持單元可包括一自含真空源，例如一真空泵。
圖10描繪了剛剛在刺穿薄膜21和開始抽氣之前與分離膜21相接觸的抽氣探針32。探針32向箭頭91的方向移動以刺穿薄膜。探針32的垂直移動和向分離膜21的推進可以由任何適當的裝置來產生和控制，圖中沒有畫出該裝置。這種推進裝置包括手驅動、流體或真空操作的驅動器，機械聯動裝置，諸如馬達和線圈這樣的電機械裝置，以及彈簧和其它彈性機械元件。
參考圖11，在一可供選擇的實施方案中，可以裝備抽氣探針32的一個組合142。在該實施方案中，組合142也可包括加熱元件146的一個組合140。應明白的是，雖然加熱元件146畫成是分開的元件，但它們可以被選擇作為單一熱源的全部部件。例如，它們能夠是在一個有熱空氣的單集流管上的一組噴嘴。熱源140可以是加熱強制空氣源，輻射熱源或別的合適的熱源。在圖12描繪的一個實施方案中，探針32最好被安置成能獨立地移動和回彈，這樣當組合142下降到薄膜分離部分21時，每一個探針32都能以合適的力與薄膜分離部分21相接觸而不會或者引起或者阻礙別的探針也觸及薄膜部分21。參考圖13，一個或多個探針32可能穿透薄膜21。觸及非分離區域薄膜的探針不會刺穿薄膜，而預計那些觸及分離區域的探針會刺穿薄膜，如象所描繪的在刺穿點164的情形。
實施例在下面的實施例中，以視覺估測熱塑性粘性薄膜對試驗板材的貼合，評價可能在貼合過程中發生的貼合程度，空氣夾帶的避免，褶皺的不存在和對薄膜的其它損傷。在將薄膜貼合於表面突起處時，貼合的一個有用量度是分開距(lifting distance)d，它是指從突起處的分離點到膜分離部分與要被粘貼表面相接觸的那點之間的距離。對沒有搭篷的完全貼合的情況，薄膜完全粘附在突起處的邊緣(例如鉚釘頭的邊緣)，這時分開距是0。參考圖14，該圖描繪了膜分離部分21有外分離邊界171和內分離邊界173，這裡薄膜20在邊界171以外被粘貼於表面23上而在邊界173以內被粘貼於鉚釘頭11上，但在邊界171之內和邊界173之外的區域172是分離開的。在幾個樣點測量分開距d，例如測得距離d1，d2，d3和d4。測量值d1-d4的平均值被作為平均分開距D。因為薄膜分離的效果基本上是可以看得見的，所以邊界171和173的位置可以憑目視決定，通常以毫米尺度可以做到足夠精確的測量。作為一個選擇，基於對撐篷總的目視效果，可以選定一個典型位置作為單一測量值d。已經發現這個稱為目視平均的方法在許多情況下對貼合到鉚釘周圍區域的薄膜表面上的程度給出了一個合理的描繪。
引起薄膜不完全粘貼的另一個缺陷是空氣俘獲，它以起泡或褶皺薄膜的形式出現在突起處附近但不與突起處鄰近的地方。褶皺可以由空氣俘獲或薄膜變形所引起，它們在特定的地方留下多餘的薄膜。空氣俘獲可能不是永久性的。如果所俘獲的空氣量足夠少，則空氣可隨時間而逸出，使得該區域的薄膜均勻地粘貼於基體上而不會有由於俘獲空氣引起的視覺瑕疵那樣的外觀。
許多將熱塑性粘性薄膜貼合於表面的工藝會產生薄膜損傷。此類損傷形式通常有表面磨損、劃痕、撕裂或刺孔，這是由應用於熱軟化薄膜上的工具並對其加壓到位而產生的。此外，由於薄膜的過度加熱或別的意外事故而引起烤焦、褶皺或損傷也會發生。在下面的實施例中，這些類型的損傷將作為可見的損缺。本發明的一個優點是由機械接觸引起的磨損、劃痕和其它表面損傷減少了，這是因為薄膜對所要粘貼表面的加壓貼合是藉助於空氣壓力差而不是機械接觸完成的。在某些情況下，本發明可能產生可以看得見的孔，它們來自抽氣探針的穿刺。這些孔的直徑是毫米(mm)級的。
下列實施例選用可從3M公司，St，Paul MN購得的各種熱塑性粘性膜，將它們層壓於油漆過的鋁質試驗板上，所述板的尺寸是10.2×30.4釐米，有4個相互間隔為7.7釐米的試驗鉚釘鉚入，離試驗板邊緣最近的鉚釘距試驗板邊緣3.5釐米。鉚釘間距被選取得將鉚釘放得足夠遠，以避免在層壓過程中造成它們之間的相互影響。試驗板使用通常用於半拖車的那類標準白色貨車漆進行油漆。所用鉚釘是通常用於製造鋁質半拖車車體的那類，其鉚釘頭的直徑為12毫米，高度約1.5毫米。鉚釘被緊緊地鉚壓在試驗板上，釘頭則緊密地安置於油漆過的表面上。
下面實施例所用薄膜的詳情列於表1。表1的第1列給出了每種膜的用途和用於該膜的粘結劑類型。在列1中，保護用的加貼層是透明薄膜，它們被加貼在圖畫薄膜上，通常在成象之後但在施加於表面上之前加貼，以提供對圖畫薄膜上圖畫的保護。
圖象薄膜是指用成象方法能使其獲得圖象的薄膜，所述成象方法有諸如噴墨印刷，靜電印刷，熱轉移印刷或其它圖畫成象技術。
可換圖象薄膜是指有低的粘結性能的薄膜，不必使用諸如熱槍或其它取下設備等特殊設備就可將該薄膜取下。
具有ComplyTM性能的薄膜是指粘結劑表面的外形包含有通道的薄膜，這些通道使空氣或其它流體能夠流出。有著這種外形的粘結劑表面在美國專利6,197,397B1中揭示。
ControltacTM粘結系統包含在粘結表面有著相互隔開的突起物的粘結層，這些突起物是發粘的或不發粘的。這些突起物限制了起始粘結性，使得在產生壓力一活性鍵合之前薄膜可以被重新定位安放在基體上。這類粘結系統由美國專利5,296,277和美國專利5,362,516所揭示。
表1注列於本表的薄膜可在市場上從位於St.Paul，MI的3M公司買到
參考圖2，使用可從3M公司買到的3M PA-1橡皮刮板型塗布機將薄膜試樣層壓到試驗板邊上的鉚釘頭上，小心避免褶皺，但允許在鉚釘頭11上有薄膜20的平滑撐篷，形成薄膜分離部分2l。參考圖14，撐篷膜的典型距離d在最初敷貼後是在8-10毫米範圍內。
每種薄膜都有幾個試樣被層壓於不同的試驗板上，以便在不同的抽氣探針直徑和加熱條件下做試驗。除非另外指出，使用平端頭的不鏽鋼注射器管做抽氣探針。抽氣探針的真空源是一旋轉翼真空泵，由位於Benton Harbor，MI的IDEX總公司的一個分公司，Gatt Mfg.公司所製造。也做了供比較的實施例，使用傳統的敷貼工具，例如美國專利6,311,399所揭示的3M鉚釘塗刷敷貼器RBA-3，3M MPP-1多針衝孔器和3M鉚釘塗飾軟墊CMP-1，所有這些器具都可在市場上從3M公司買到。
使用高功率熱槍對層壓薄膜試樣加熱，這種熱槍可從位於Atlanta，GA的McMaster-Carr買到，而且是特指McMaster-Carr產品目錄號3433K21。除非另外指明，所使用的空氣溫度設定在427℃(800°F)。在加熱和抽氣時，試樣安放在實驗工作檯上。用預先設定好空氣溫度的加熱槍加熱每個鉚釘，周圍的分離膜，加熱槍安置在距離薄膜表面大約2-7釐米處，加熱大約0.5-4.0秒或加熱到看見了薄膜軟化。已經發現，不同類型和不同厚度的薄膜要求不同程度的加熱，但判斷加熱是否足夠的技巧能夠很容易地學會。一旦薄膜軟化，連接有真空泵的抽氣探針就被推向靠近鉚釘頭邊緣地方的每個撐篷區，與此同時移開加熱槍。在抽氣探針刺穿薄膜並獲得貼合後移去探針。膜分離部分對試驗板的貼合是如此特有的快速，以致當薄膜粘貼於試驗板表面時會發出噼啪聲。然後對每個試驗板剩下的3個鉚釘重複加熱和刺孔過程。接下來鉚接區域在60℃(150°F)下保持7天。最後對每個試樣的每個鉚釘測量分離膜距離d以及損傷或其它缺陷的不存在，以檢測貼合質量。
使用3M多針衝孔器、MPP-1加上3M鉚釘刷子塗布機、RBA-3或者3M鉚釘塗飾軟墊CMP-1，準備供比較的實施例。在兩種情況下都是先用MPP-1撞擊薄膜，在鉚釘周圍的薄膜分離部分上刺出幾個小孔(直徑～0.2毫米)，然後用加熱槍對薄膜加熱，加熱槍以類似於表2實施例的方式設定所希望的空氣溫度。接著，將合適的塗飾工具施用到膜分離部分上。對RBA-3採用循環掃刷的移動方法，而對CMP-1則是向下敲擊。
實施例1-27的結果列於表2，而供比較的實施例Cl-C16的結果列於表3。表中列出每塊試驗板的平均分開距d和可視孔的大小範圍。列於表2和表3實施例所用的薄膜材料的詳情列於表1。
表2中所用的管子是從Aldrich Scientific得到的不鏽鋼皮下注射管。表2第6列中的可視孔大小是指由抽氣探針產生的孔，而在表3中，可視孔大小是指在加熱分離部分之前由3M MPP-1多針衝孔器所產生的孔或者是由RBA-3刷子或CMP-1鉚釘塗飾軟墊向下壓分離部分時產生的孔。
表2注用於本表實施例中的加熱槍設定在427℃(800°F)
表3注用於本實施例中的加熱槍設定在427℃(800°F)
13M CMP-1鉚釘塗飾軟墊23M RBA-3鉚釘塗飾刷子參考表2，實施例1-9證明使用用於3MTMScotchcalTM3500C標記膜上的可換粘結劑可獲得小於2.0毫米的分開距d。而且，如象實施例4-6和7-9所證明的，在有著加貼層時適當選擇探針直徑也能獲得小於2.0毫米的分開距。已經注意到歷史上在使用可換粘結劑時，由於其較低的粘結性能，要獲得好的貼合就更困難了，這裡同樣用分開距d來量度貼合性能。類似地，已經發現用貼有加貼層的薄膜貼合不平整表面也更困難，這是由於它們增加了的厚度，從而使剛性增強。參考表3，比較實施例C1和C2證明，即使沒有加貼層，使用刷子使3MTMScotchcalTM3500C標記膜貼合於鉚釘頭上也沒有獲得在2.0毫米範圍內的分開距，而為此所使用的軟墊或刷子卻產生了嚴重的表面損傷和褶皺。比較實施例C3-C6進一步證明，在存在加貼層時，使用刷子或軟墊也沒有使分開距達到在2.0毫米範圍內，而且也產生了嚴重的表面損傷和褶皺。
再次參考表2，實施例10-12顯示了本發明將3MTMScotchcalTM3540C標記膜貼合於鉚釘頭上的方法。3540C標記膜上的粘結層有著由美國專利6,197,397所揭示的那類表面外形，它允許俘獲的空氣逸出。如象表2所指出的，能夠選擇探針直徑以獲得小於2.0毫米的分開距，而且很少有表面損傷。然而，比較實施例C7和C8表明，當使用刷子或軟墊時會有嚴重的表明損傷。
又一次參考表2，實施例13-16表明，選用合適的探針直徑對厚度為0.05毫米(2密耳)較薄的乙烯基背襯，即使對3MTMScotchcalTM180-10標記膜，本發明也都能獲得1.0毫米或更小的分開距，所述標記膜中的粘結層的表面外形沒有供空氣逸出的通道。這是注意到了，在使用180-10膜時，在每個鉚釘周圍的區域裡有著大量的俘獲空氣，這被推測為是由於粘結劑層缺少空氣逸出通道。參考表3，使用3MTMScotchcalTM180-10標記膜的比較實施例C9和C10有著比起本發明的實施例13-16所產生的稍為更大些的分開距d。
實施例17-20顯示當在粘結層上加上空氣逸出通道時，如像在3MTMScotchcalTM180-10C標記膜中所做的那樣，則會減少俘獲空氣的量，而且對探針直徑加以適當的選擇，分開距d能減小到1.0毫米以下。比較實施例C11和C12顯示與這種膜可比較的稍大些的分開距，並有著在實施例17-20試樣中未曾看到過的那類褶皺。
實施例21-24顯示有著0.05毫米(2密耳)厚度的背襯加上背襯厚度是0.05毫米(2密耳)的乙烯基加貼層，獲得的總背襯厚度達到約0.1毫米(4密耳)的薄膜的應用。如象實施例24所指出的，選擇合適的探針直徑，能獲得0.5毫米的分開距，反之，如象在表3中所顯示的，比較實施例C13和C14，刷子和軟墊兩者都不能達到低於2.0毫米的分開距。而且，獲得最小d值的實施例24也不產生任何值得注意的薄膜損傷。
實施例25-29顯示各種不同類型的管都能用作抽氣探針，而且所述管的橫截面並不必需是圓的，也並不必須由金屬製成。在這些實施例中，加熱槍設定在260℃(500°F)。
實施例25用扁嘴鉗將13號不鏽鋼皮下注射器針壓扁，以形成管末端呈橢圓形橫截面而製得一非圓形探針。然後該扁平的管成功地用於對靠近幾個鉚釘的膜分離區域進行抽氣。
實施例26一用於皮下注射醫用類型的具有尖銳斜切尖頭的13號注射器針被用來對幾個靠近鉚釘頭的分離區域進行抽氣。雖然對鉚釘頭周圍區域的薄膜的抽氣和貼合是成功的，但如果不十分小心的話針頭會劃壞薄膜。還發現，因為尖端傾斜和由此引起的探針末端的孔加長，為了進行抽氣，探針不得不對分離區域刺入較長的距離。
實施例27具有內徑約1.5毫米外徑、約2.5毫米的玻璃眼用滴管這種形式的非金屬探針通過一真空管與真空源相連接，並成功地應用於幾個鉚釘頭周圍分離區域的抽氣。
實施例28具有內徑約0.8毫米的實驗室注射瓶塑料管這種形式的非金屬探針被成功地用於幾個鉚釘頭周圍分離區域的抽氣。塑料管有著幾次抽氣後堵塞的傾向，並且還受到熱損傷，這可能導致堵塞的發生。
實施例29一定長度的柔軟真空管這種形式的非金屬探針被用於在幾個鉚釘頭周圍的分離區域的抽氣。雖然分離區域被成功地抽氣，但部分薄膜有被吸入軟管的傾向，而且有時薄膜上會產生直徑3毫米數量級的孔。
實施例30和31表明，加熱、探針插入和抽真空各步驟的次序對獲得的貼合程度有極大影響。
實施例30一13號具有方形尖端的不鏽鋼管在加熱或抽真空前插入層壓薄膜的分離區域。通過柔軟的真空管，探針被連接到關閉的真空閥上，該閥接著與真空源相連接。然後薄膜分離區域被加熱軟化，此後打開真空閥門，對分離區域抽真空。獲得了好的貼合。
實施例31首先用加熱槍對層壓薄膜的分離部分加熱軟化，隨後一13號具有方形尖端的不鏽鋼針被刺入分離區域，此不鏽鋼針已通過一柔軟的真空管連接到關閉的真空閥上，該閥接著與真空源相連接。然後打開真空閥，對分離區域抽氣。這種情況下只得到有限程度的貼合，至少部分是由於難以獲得適當的氣流節制或探針與薄膜之間的密閉。這是被推測的了，探針插入被加熱的薄膜，沒有同時抽真空，可能對能夠獲得的氣流節制或密封產生了有害影響。
實施例32一張尺寸約為10釐米×30釐米可在市場上從3M公司，St.Paul，MN買到的3MTMScotchliteTMPlus柔軟反射片系列680反射片被層壓於在實施例1-24所用的那種試驗板上，並使用相同的層壓步驟。使用實施例1-24中所用的加熱槍加熱在鉚釘上的分離部分，但加熱設定在399℃(750°F)，時間為1-3秒。將通過真空軟管與真空泵相連接的平頭13號針安放於靠近鉚釘邊緣的薄膜分離部分上並使其向鉚釘基推進。反射片迅速崩塌於鉚釘頭周圍並形成好的貼合。對該試驗板上和第二試驗板上剩餘的鉚釘頭重複同樣的過程。試樣在室溫下調理18小時後，第一塊板的平均分開距d是1.6毫米，而第二塊板是0.8毫米。抽氣探針留下的孔的平均大小對第一塊板來說是0.7毫米，對第二塊板來說是1.0毫米。沒有觀察到薄膜損傷。這被認為是一個重要的成果，因為3MTMScotchliteTM反射片有著在0.18-0.20毫米範圍內的典型厚度，比起典型的標記膜來說更厚，並且它由一層被粘結層粘結住的玻璃珠和另外的支撐材料所組成。
實施例33如實施例7-9那樣準備好試驗板，使用層壓有3MTMScotchcalTM8910乙烯基加貼層的3MTMScotchcalTM3500C標記膜。Pentel 0.5毫米P215機動記錄頭的套管和筆頭用作抽氣探針。套管和筆頭連接於接有真空泵的真空軟管上。鉚釘頭周圍分離區域的消除和貼合迅速進行，並且由於探針有常見的形狀，故易於在鉚釘周圍進行操作。貼合好的膜在室溫下老化18小時後，分開距d的平均值是0.7毫米，刺孔後留在薄膜上孔的平均大小是0.8毫米。沒有觀察到薄膜損傷。
實施例34如實施例7-9那樣準備好二塊試驗板，使用層壓有3MTMScotchcalTM8910乙烯基加貼層的3MTMScotchcalTM3500C標記膜。由日本Taiyo Electric Ind.公司生產，在市場上可從Radio Shack零售店買到的「goot」TMTP-100脫焊槍用作抽氣裝置。長度1釐米、有著平端頭的18號不鏽鋼管連接於脫焊槍端頭上用作抽氣探針。TP-100脫焊槍包括一導流板(diaphragm)形式的真空源。使用與實施例7-9相同的加熱槍，空氣溫度設定在399℃(750°F)，加熱已準備好的試樣上鉚釘頭周圍的薄膜分離部分，脫焊槍用作抽氣探針對兩塊試驗板上鉚釘頭周圍的分離區域進行抽氣。抽氣後，平板在室溫下老化18小時，測量分開距。第一塊試驗板的平均分開距是0.9毫米，第二塊試驗板的平均分開距是0.25毫米。由18號抽氣探針產生的平均孔大小對第一塊板來說是1.5毫米，對第二塊板來說是1.0毫米。在第一塊板上沒有觀察到膜損傷，而第二塊板上4個鉚釘中3個鉚釘的周圍觀察到小褶皺。業已發現，脫焊槍上的導流板真空裝置產生了合適的真空，由此表明真空源和抽氣探針可以組裝成一個單一的手持裝置。
實施例35大小為4釐米×12釐米的3MTMScotchcalTM180-10標記膜片敷貼於油漆過的鋁質平板上，夾在薄膜和油漆板間的分離區域的面積在4-100平方毫米範圍內。用設定在399℃(750°F)的加熱槍加熱每個薄膜分離部分。用已連接於真空泵的平端頭18號抽氣探針對分離區域抽氣。在每一分離區域，抽氣探針在薄膜上產生一個孔，俘獲的空氣被迅速抽出，於是薄膜就貼合於表面上。可以看到抽空痕跡僅僅是直徑約0.1-1.0毫米的小斑痕，相當於針與薄膜的觸點。
實施例36以如下方式準備一塊試驗板，將大小為4釐米×12釐米的3MTMScotchcalTM3500C標記膜片層壓於有著3個圓形凹陷的鋁板上，以致薄膜在凹陷處搭橋。每個凹陷有約6毫米深度約28毫米直徑。用空氣溫度設定在399℃(750°F)的加熱槍加熱每個凹陷所搭橋的薄膜部分，將連接有真空源的18號不鏽鋼探針緩慢地移動以接觸分離部分進行抽氣。當每個分離區域被抽氣時，隨著膜部分向凹陷貼合，探針跟隨薄膜朝向凹陷移動，因而能保持分離區域與探針之間的聯通。在每種情況下，薄膜部分都成功地貼合凹陷。
對本發明的各種改良和變化又不偏離本發明的範疇和精神，對具有熟練技能的人們會是顯而易見的。應該明白，本發明並不希望受到此前所述解說性實施方案和實施例的過度限制，這些實施方案和實施例僅僅是以本發明的例子而顯示的，本發明僅受下面所列的權利要求所限制。
權利要求
1.一種敷貼薄膜於基體上的方法，它包括提供有一層粘結劑的薄膜；安放該薄膜於基體上，使部分粘結劑層與基體相接觸；選取粘結劑層與基體不接觸的薄膜與基體之間的一個區域；在鄰近分離區域的薄膜上產生一個孔；以及通過該孔對所選區域抽真空，以便從該區域抽氣並迫使鄰近分離區域的薄膜貼向基體。
2.根據權利要求1所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其特徵在於，至少使用一個抽氣探針來實現對所選區域抽真空的行為。
3.根據權利要求1所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其特徵在於，對所選區域抽真空的行為包括至少有一個抽氣探針至少部分地進入該區域。
4.根據權利要求3所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其特徵在於，在薄膜上產生一個孔的行為是這樣實現的，將至少一個探針推向薄膜直到將其刺穿。
5.根據權利要求1的所述將粘性薄膜貼合於基體上的方法，它進一步包括對鄰近所選區域的薄膜進行加熱軟化的行為。
6.根據權利要求1所述的將薄膜敷貼於基體上的方法，其特徵在於，在與基體分離的薄膜部分上產生薄膜上的孔。
7.根據權利要求1所述的將薄膜敷貼於基體上的方法，它包括對所選區域抽真空之前，對鄰近所選區域的薄膜進行軟化的行為。
8.根據權利要求1所述的將薄膜敷貼於基體上的方法，它包括對所選區域進行抽真空之後，對鄰近所選區域的薄膜部分進行加熱軟化的行為。
9.根據權利要求1所述的將薄膜敷貼於基體上的方法，其特徵在於，在薄膜上形成孔的行為是這樣實現的，將至少一個探針向鄰近所選區域的薄膜部分推進。
10.根據權利要求9所述的將薄膜敷貼於基體上的方法，其特徵在於，以至少對一個探針的通道抽真空來實現對所選區域的抽真空行為。
11.根據權利要求9所述的將薄膜敷貼於基體上的方法，它包括對鄰近所選區域的薄膜部分進行加熱的行為。
12.一種將粘性薄膜貼合於基體的方法，它包括提供含有一層粘結劑的薄膜；安放該薄膜於基體上，使部分粘結劑層與基體相接觸；選取所述薄膜的分離部分；提供至少一個抽氣探針；對至少一個探針抽真空；以足夠的壓力將至少一個探針對著薄膜的分離部分推進，以形成孔；以及從薄膜的分離部分與基體之間的空間抽出空氣，以迫使薄膜的分離部分向所述基體推進。
13.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中薄膜是熱塑性薄膜。
14.根據權利要求13所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，它進一步包括對鄰近薄膜分離部分與基體之間的空間的那部分薄膜分離部分進行加熱軟化的行為。
15.根據權利要求14所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中對薄膜的加熱軟化行為是在對至少一個探針抽真空之前實行的，以及將至少一個探針向薄膜分離部分的推進是繼對至少一個探針抽真空之後實行的。
16.根據權利要求14所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中對至少一個探針抽真空的行為是在將至少一個探針向薄膜分離部分推進之前實行的，以及對薄膜的加熱軟化行為是繼將至少一個探針向薄膜分離部分推進之後實行的。
17.根據權利要求14所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中將至少一個探針向薄膜分離部分推進的行為是在對薄膜加熱軟化行為之前實行的，以及對至少一個探針抽真空的行為是繼對薄膜加熱軟化行為之後實行的。
18.根據權利要求14所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中對薄膜的加熱軟化行為是在將至少一個探針向薄膜分離部分推進之前實行的，以及對至少一個探針抽真空的行為是繼將至少一個探針向薄膜分離部分推進的行為之後實行的。
19.根據權利要求14所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中將至少一個探針向薄膜分離部分推進的行為是在對至少一個探針抽真空行為之前實行的，以及對薄膜的加熱軟化行為是繼對至少一個探針抽真空行為之後實行的。
20.根據權利要求14所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中對至少一個探針抽真空的行為是在對薄膜加熱軟化行為之前實行的，以及將至少一個探針向薄膜分離部分推進的行為是繼對薄膜加熱軟化行為之後實行的。
21.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中對至少一個探針抽真空的行為是在將至少一個探針向薄膜分離部分推進行為之前實行的。
22.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中將至少一個探針向薄膜分離部分推進的行為是在對至少一個探針抽真空的行為之前實行的。
23.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中粘結層包括為空氣或其它流動逸出的通道。
24.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中薄膜進一步包括印製於其上的圖形圖象。
25.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中分離部分鄰近基體的突起處。
26.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中分離部分在基體的凹陷處搭橋。
27.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中至少一個探針包括有圓柱形狀的接觸部分。
28.根據權利要求27所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中接觸部分是由金屬製成的。
29.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中薄膜背襯包括聚合物材料，該聚合物材料選自塑性聚氯乙烯、聚烯烴聚合物和共聚物以及聚酯。
30.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中粘結劑層包括壓力活化粘結劑。
31.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中薄膜包括逆向反射層。
32.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，它進一步包括提供夾具以夾持至少一個探針的行為。
33.根據權利要求32所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中至少一個探針可以相對於夾具移動。
34.根據權利要求32所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中將至少一個探針向薄膜分離部分推進的行為是將至少一個探針相對於夾具作移動來實行的。
35.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中提供至少一個抽氣探針的行為包括裝置多個探針成為一組的行為。
36.根據權利要求35所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中該組中的探針裝置成能回彈的。
37.根據權利要求35所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中該組中至少一些探針能相對於該組中的其它探針作移動。
38.根據權利要求12所述的將粘性薄膜貼合於基體上的方法，其中用包括有真空源的手持裝置來實行對至少一個探針抽真空的行為。
39.一種包括薄膜和基體的集合體，其中用權利要求1所述的方法將薄膜敷貼於基體上。
40.根據權利要求39所述的集合體，其中薄膜進一步包括印製於其上的圖形圖象。
41.一種包括薄膜和基體的集合體，其中用權利要求12所述的方法將薄膜敷貼於基體上。
42.根據權利要求41所述的集合體，其中薄膜進一步包括印製於其上的圖形圖象。
全文摘要
提供將薄膜敷貼於基體上的方法，其中薄膜與基體的外形緊密地相貼合，所述薄膜包括鄰近基體上的突起和凹陷處的區域。在某些實施方案中，薄膜被探針刺穿並對探針抽真空，以抽出空氣並迫使薄膜推進到與基體相貼合的部位。作為選擇，薄膜被加熱軟化以有利於與基體的形狀相貼合。
文檔編號C09J201/00GK1612799SQ02826906
公開日2005年5月4日 申請日期2002年12月19日 優先權日2002年1月8日
發明者M·R·凱斯廷, F·T·謝爾, S·J·亞丁, R·S·斯蒂爾曼, J·R·戴維 申請人:3M創新有限公司