用于生产包括印刷结构的弹性部件的方法与流程

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1.本发明涉及一种用于生产弹性部件、优选弹性密封部件的方法，该弹性部件包括弹性体主体和印刷结构、优选印刷电子结构或电路。本发明还涉及通过所述方法获得的弹性部件。

背景技术：

2.在不同基板上印刷电子结构和架构的技术是已知的。然而，如果该结构应该印刷在具有弹性性能的橡胶状基板上，例如热固性弹性体，就会出现许多问题，因为硫化橡胶表现出不均匀或非同质的表面性能。此外，橡胶基板的表面粗糙度和不良润湿性会阻碍良好的印刷效果。
3.de102008006390描述了一种将由铜层(电导体)和聚酰亚胺的层(电绝缘体)组成的柔性电路板粘合到加强板上的方法，用于完全加固电路板或加固电路板的期望区域。该方法使用基于形成高强度三维聚合物网络的反应性树脂的混合物和具有持久弹性的弹性体的热活化膜。加强板可以是聚合物材料，例如聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯或液晶聚合物。
4.然而，现有技术没有提供一种用于有效制造在其表面上具有印刷结构的弹性部件，优选密封部件的方法。
5.几乎不可能在不具有完美平面表面的橡胶基板上直接印刷精细结构，如果电子结构应该印刷在三维表面上就更不可能了。印刷会非常困难和缓慢。
6.因此，需要一种可行且成本有效的方法来将电子结构施加到弹性基板上。

技术实现要素：

7.本发明的一个目的是提供一种用于生产具有印刷结构(例如电子结构或电路)的弹性密封部件的可行且有成本效益的方法。
8.本发明的至少一个目的通过根据权利要求1的方法来实现。一种用于生产弹性部件，优选弹性密封部件的方法，包括弹性体主体和印刷结构，优选在弹性体主体的表面上的印刷电子结构或电路，该方法包括以下步骤：a.)提供具有可印刷表面的热塑性材料的平面箔；b.)在平面箔的可印刷表面上印刷结构以获得印刷结构；c.)提供用于形成弹性密封部件的弹性体主体(4)的弹性基板；d.)将具有印刷结构的平面箔放置在弹性体基板上，以及e.)通过施加热和压力来层压组合的平面箔和弹性体基板；其中弹性部件是这样获得的：(i)在步骤d)之前，将步骤c)的弹性体基板形成为弹性部件的弹性体主体(4)的形状；或者(ii)在层压步骤e)期间，将步骤c)的弹性体基板形成为弹性部件的弹性体主体(4)的形状；或者(iii)在层压步骤e)之后，将步骤c)的弹性体基板形成为弹性部件的弹性体主体(4)的形状。
9.在本发明的上下文中，弹性部件是具有弹性的设备或物体的技术部件。换句话说，它的主要功能是基于部件的弹性，至少在部件的某些相关区域，并且印刷结构或承载印刷
结构的箔不会削弱弹性部件的功能。
10.在另一个实施例中，箔也可以具有弹性体或弹性，并且印刷结构至少是可拉伸的，在拉伸时不会形成裂纹。箔的弹性性质可以与弹性体主体的弹性体或弹性性质在相同的范围内。可选地，包括印刷结构的箔可以布置在弹性部件的区域中，在该区域中，弹性部件的弹性体特性未用于其正常功能。在这种情况下，箔可以是柔性的而不具有弹性，并且印刷结构不需要可拉伸。
11.弹性密封部件理解为提供设备或物体密封的设备或物体的技术部件。换句话说，密封部件形成对流体的密封。这种的密封部件在本领域中是已知的，并且示例的非限制性列表是：密封垫圈、密封膜、剂量膜、封闭物、挡块或塞子(例如，小瓶的)、细长的密封型材、用于柱塞的密封件(例如，注射器的)。弹性体主体理解为弹性密封部件的一部分，其限定了密封部件的整体形状，并由弹性体基板制成，为弹性密封部件提供弹性特性。如上所列，弹性体主体形成了实际的密封部件。
12.利用上述方法，可以将印刷结构，例如电子结构或电路，应用到通常具有不可印刷表面的橡胶基板上。此外，印刷结构甚至可以应用于橡胶基板的三维表面，从而允许所需弹性密封部件具有更多样的形状和形式。另一个优点是，由于箔和基板之间的直接结合，胶合不需要额外的粘合层或可热激活箔。通过两步过程，能够在平面的2d基板上印刷，然后在第二步中，在层压之前将印刷的结构放置在3d形状的弹性体物体上。因此，可以用附加的电子功能服务于各种应用。可选地，具有印刷结构的箔可以放置在弹性体物体的预成型件的平面上，并在层压步骤期间或层压步骤之后形成具有3d表面的物体。
13.具有印刷结构的箔可以被切割以留下围绕箔的印刷区域的小边缘，该边缘具有足够的宽度以适当地结合到弹性体基板上。当印刷结构面向基板表面时，这种边缘可能特别有用。
14.印刷结构可以用导电和/或非导电(例如电介质)墨印刷，以获得印刷的电子结构或电路。可以使用已知的印刷技术来印刷该结构，例如丝网印刷、苯胺印刷、凹版(gravure)印刷、凸版印刷、喷墨印刷、压电喷墨印刷、气溶胶喷射印刷、模版印刷、胶版印刷、刮刀印刷、旋转丝网印刷、凹版(intaglio)印刷、数字印刷、毛细管印刷、电流体动力印刷、印迹印刷、微接触印刷、激光印刷。
15.该结构可以进一步连接到放置和附着到平面箔上的电子部件。该结构可以是例如传感器或天线。
16.平面箔的厚度可以在10微米至1000微米的范围内，优选地在25微米至75微米的范围内。
17.一种特别有效的方法是为单独的弹性密封部件提供具有多个印刷结构的箔。具有多个印刷结构的箔可以以片的形式放置在弹性体基板上。在箔和弹性体片材层压之后或期间，通过由弹性体基板形成弹性体主体并切割出单独的弹性密封部件来生产单个弹性密封部件。
18.在从属权利要求中阐述了本发明的其他实施例。
19.在一些实施例中，层压步骤d)期间的热和压力处理可以在箔和主体之间产生化学键合，特别是共价键合。同时，平面箔可以适应弹性体主体的弹性体基板的三维表面。用于层压的温度可以在120℃至160℃的范围内。对于层压，可以实现小于60秒的处理时间。
20.在一些实施例中，在层压步骤e)之前，弹性体主体的弹性体基板的表面可以被改性，以实现箔和弹性体主体之间更好的结合。因此，可以对表面进行等离子体或电晕处理，而不使用额外的粘合剂。这种表面处理增加了箔和弹性体主体的弹性体基板之间的结合能力。可选地，可以只使用粘合剂。
21.在一些实施例中，印刷结构可以在印刷步骤b)之后和执行步骤d)之前固化和/或干燥。
22.在一些实施例中，在印刷步骤b)之后，用与平面箔相同材料的第二箔保护印刷结构，或者用介电墨或漆的介电层涂覆。
23.在一些实施例中，平面箔可以放置在弹性体主体的弹性体基板上，使得印刷结构面向弹性体主体。可选地，平面箔可以放置在弹性体主体的弹性体基板上，使得印刷结构背离弹性体主体。
24.在一些实施例中，弹性体主体的弹性体基板由热固性弹性体或热塑性弹性体制成。弹性体材料可以是例如合成或天然橡胶，例如丁基橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、卤化丁基橡胶(例如溴化丁基橡胶)、乙烯丙烯三元共聚物、硅橡胶、氟弹性体或全氟弹性体、盐、聚丁二烯、丁基橡胶、氯丁橡胶、(nitrile)橡胶、聚异戊二烯橡胶、(buna-n)橡胶、共聚物橡胶，例如乙烯-丙烯(epr)、乙烯-丙烯-二烯单体(epdm)、丙烯腈-丁二烯(nbr或hnbr)和苯乙烯-丁二烯(sbr)、共混物，例如乙烯或丙烯-epdm、epr或nbr，以及其中的组合。术语“合成橡胶”还应理解为包括可替代地被广泛分类为热塑性或热固性弹性体的材料，例如聚氨酯、硅酮、氟硅酮、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(sis)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(sbs)，以及表现出类似橡胶性能的其它聚合物，例如增塑尼龙、聚烯烃、聚酯、乙烯醋酸乙烯酯、含氟聚合物和聚氯乙烯。
25.在一些实施例中，平面箔可由选自热塑性聚氨酯(tpu)、液体硅橡胶(lsr)、含氟聚合物(例如，四氟乙烯树脂(ptfe)、四氟乙烯-全氟乙烯共聚物(pfa)、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物(fep)、四氟乙烯-乙烯共聚物(atfe)、聚三氯三氟乙烯(pctfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚氟化乙烯(pvf))、超高分子量聚乙烯(uhmw-pe)、或膨胀的含氟聚合物基箔的材料制成。例如tpu箔可以适应弹性体主体的机械性能，例如柔韧性、可拉伸性和弹性。印刷结构的材料可以相应地选自可拉伸的材料，例如可拉伸的墨或浆料。
26.在一些实施例中，在将平面箔放置在弹性体主体上之前，平面箔还可以设置有连接到印刷结构的电子部件。
27.在一些实施例中，用于应用电子结构或电路的弹性体主体的弹性体基板的表面在层压步骤e)之前可以是非平面的，或者在层压步骤e)期间形成非平面表面。
28.本发明还涉及优选通过上述方法制造的弹性密封部件，包括由弹性体基板形成的弹性体主体和层压到弹性体基板表面上用于形成弹性体主体的热塑性箔，热塑性箔包括在箔的可印刷表面上的印刷结构，优选印刷电子结构或电路。
29.在一些实施例中，用于形成弹性体主体的弹性体基板可以由热固性弹性体或热塑性弹性体制成。该材料可以选自上述材料。
30.在一些实施例中，热塑性箔可由选自热塑性聚氨酯、液体硅橡胶(lsr)、含氟聚合物(例如，四氟乙烯树脂(ptfe)、四氟乙烯-全氟乙烯共聚物(pfa)、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物(fep)、四氟乙烯-乙烯共聚物(atfe)、聚三氯三氟乙烯(pctfe)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚氟
化乙烯(pvf))、超高分子量聚乙烯(uhmw-pe)或膨胀的含氟聚合物基箔的材料制成。
31.在一些实施例中，印刷结构可以布置在弹性体主体的非平面表面上。
32.所述方法不仅适用于生产弹性密封部件，还适用于其他弹性产品或弹性部件，例如用于医疗设备的弹性传感器垫或弹性软干电极，或者用于传导流体的弹性管，或者例如移动电话的弹性外壳或外罩；或者弹性触摸按钮、触摸板或键盘。这些产品和部件可以视为不同的个人发明。
附图说明
33.下面参考附图中示出的实施例更详细地描述本发明。这些附图表明：
34.图1(a)为具有印刷结构的弹性部件；
35.图1(b)为图1(a)的弹性部件的分解图；和
36.图2为用于制造图1的弹性部件的方法的步骤(a)至(d)。
具体实施方式
37.图1(a)示出了密封膜形式的弹性密封部件1的示例，该弹性密封部件1包括弹性体主体4，在所示示例中，弹性体主体4具有非平面表面41。弹性部件1还包括在弹性体主体4的非平面表面41上的印刷结构3。印刷结构2可以是电子结构或电路，例如图1所示的传感器结构或天线。弹性部件1还包括热塑性箔2，该热塑性箔2在层压状态下覆盖并适应弹性体主体4的非平面表面41。图1(b)示出了图1(a)的弹性部件的分解图，其中热塑性箔2在层压之前处于其平面状态，如下文更详细描述的。
38.由于弹性体材料的各向异性和由此产生的非均匀表面特性的不均匀性，直接印刷到弹性体主体上会遇到问题。如果应印刷结构的表面不是平面，印刷变得更加困难并且容易失败。
39.图2(a)至(d)示出了用于制造图1的弹性部件1的方法的不同步骤。在第一步骤中，提供具有可印刷表面21的平面箔2。厚度为25微米至75微米的热塑性聚氨酯(tpu)箔已经取得了良好的效果。
40.在第二步骤中(图2(b))，使用可拉伸材料，例如可拉伸银墨，通过标准印刷技术将结构印刷到可印刷表面上，以获得印刷结构3。
41.在第三步骤中，具有印刷结构3的平面箔2切割成期望的尺寸，并放置在弹性体主体4的表面上。在所示的例子中，在弹性体主体4的非平面表面41上。箔2可以以印刷结构3面向弹性体主体4或者背离弹性体主体4的方式布置。在这两种情况下，印刷结构3可以用例如tpu的涂层或另一平面箔保护。
42.在第四步骤中，通过施加热和压力来层压包括印刷结构3和弹性体主体4的组合平面箔2，以获得弹性部件1。在层压过程中，箔2和印刷结构3适应弹性体主体4的非平面表面41。层压进一步导致热塑性箔3和弹性体主体之间的化学结合。通过活化弹性体主体的表面，例如通过等离子体处理，可以实现增强的结合。
43.可选地，整个箔2可以层压到一片弹性体基板(未示出)上。弹性体主体然后可以在层压步骤期间或之后形成。切割后可以获得单独的弹性部件。
44.附图标记
45.1弹性部件
46.2平面箔
47.21可印刷表面
48.3印刷结构
49.4弹性体主体
50.41非平面表面

技术特征：

1.一种用于生产弹性部件(1)，优选生产弹性密封部件的方法，包括弹性体主体(4)和在弹性体主体(4)的表面上的印刷结构(3)，优选印刷电子结构或电路，所述方法包括以下步骤：a.提供具有可印刷表面(21)的热塑性材料的平面箔(2)；b.将结构印刷到平面箔(2)的可印刷表面(21)上，以获得印刷结构(3)；c.提供用于形成弹性密封部件的弹性体主体(4)的弹性体基板；d.将具有印刷结构(3)的平面箔(2)放置在弹性体基板上；和e.通过施加热和压力来层压组合的平面箔(2)和弹性体基板；其中所述弹性部件(1)是在以下情况下获得的(i)在步骤d)之前，将步骤c)的弹性体基板形成为弹性部件的弹性体主体(4)的形状；或者(ii)在层压步骤e)期间，将步骤c)的弹性体基板形成为弹性部件的弹性体主体(4)的形状；或者(iii)在层压步骤e)之后，将步骤c)的弹性体基板形成为弹性部件的弹性体主体(4)的形状。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述箔具有弹性，并且所述印刷结构至少是能够拉伸的，在拉伸时不会形成裂纹。3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在层压步骤e)期间，所述热和压力处理使得在所述平面箔(2)和所述弹性体主体(4)的弹性体基板之间产生化学结合。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，用于层压的温度为120℃至160℃。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在层压步骤e)之前，用于形成弹性体主体(4)的弹性体基板的表面被改性，以在箔(2)和用于形成弹性体主体(4)的弹性体基板之间实现更好的结合，优选使用粘合剂或通过等离子体或电晕处理。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在印刷步骤b)之后，在执行步骤d)之前，印刷结构(3)被固化和/或干燥。7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在印刷步骤b)之后，印刷结构(3)由与平面箔(2)相同材料的第二箔保护，或者涂覆有介电墨或漆的介电层。8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述平面箔(2)放置在用于形成弹性体主体(4)的弹性体基板上，使得印刷结构(3)面向弹性体主体(4)，或者所述平面箔(2)放置在用于形成弹性体主体(4)的弹性体基板上，使得印刷结构(3)背向弹性体主体(4)。9.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，用于形成弹性体主体(4)的弹性体基板由热固性弹性体或热塑性弹性体制成。10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述平面箔(2)由选自热塑性聚氨酯(tpu)、液体硅橡胶(lsr)、含氟聚合物(例如四氟乙烯树脂(ptfe)、四氟乙烯-全氟乙烯共聚物(pfa)、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物(fep)、四氟乙烯-乙烯共聚物(atfe)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚氟乙烯(pvf))、超高分子量聚乙烯(uhmw-pe)或膨胀含氟聚合物的材料制成。
11.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述平面箔还设有连接到所述印刷结构(3)的电子部件。12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，用于形成用于应用电子结构或电路的弹性体主体的弹性体基板的表面在层压步骤e)之前是非平面的，或者在层压步骤e)期间形成非平面表面。13.一种弹性密封部件，其包括由弹性体基板形成的弹性体主体和层压到弹性体基板的表面用于形成弹性体主体的热塑性箔，所述热塑性箔包括在箔的可印刷表面上的印刷结构，优选印刷电子结构或电路。14.根据权利要求13所述的弹性密封部件，其特征在于，用于形成弹性体主体的弹性体基板由热固性弹性体或热塑性弹性体制成。15.根据权利要求13至14中的一项所述的弹性密封部件，其特征在于，所述热塑性箔由选自热塑性聚氨酯(tpu)、液体硅橡胶(lsr)、含氟聚合物(例如四氟乙烯树脂(ptfe)、四氟乙烯-全氟乙烯共聚物(pfa)、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物(fep)、四氟乙烯-乙烯共聚物(atfe)、聚三氟氯乙烯(pctfe)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚氟乙烯(pvf))、超高分子量聚乙烯(uhmw-pe)或膨胀含氟聚合物的材料制成。16.根据权利要求13至15中的一项所述的弹性密封部件，其特征在于，所述印刷结构设置在所述弹性体主体的非平面表面上。

技术总结

一种用于生产弹性部件(1)，优选弹性密封部件的方法，包括弹性体主体(4)和在弹性体主体(4)表面上的印刷结构(3)，优选印刷电子结构或电路，该方法包括以下步骤：a.提供具有可印刷表面(21)的热塑性材料的平面箔(2)；b.将结构印刷到平面箔(2)的可印刷表面(21)上，以获得印刷结构(3)；c.提供用于形成弹性密封部件的弹性体主体(4)的弹性体基板；d.将具有印刷结构(3)的平面箔(2)放置在弹性体基板上；以及e.通过施加热和压力来层压组合的平面箔(2)和弹性体基板；其中弹性部件(1)是这样获得的，即(i)步骤c)的弹性体基板在步骤d)之前形成弹性部件的弹性体主体(4)的形状；或者(ii)在层压步骤e)期间，将步骤c)的弹性体基板形成为弹性部件的弹性体主体(4)的形状；或者(iii)在层压步骤e)之后，将步骤c)的弹性体基板形成为弹性部件的弹性体主体(4)的形状。部件的弹性体主体(4)的形状。部件的弹性体主体(4)的形状。