[发明专利]利用Z轴主动控制分配导电材料的设备和方法

说明书

本申请是国际申请日为2006年11月21日、国际申请号为PCT/US2006/045120、国家申请号为200680052970.X、名称为“利用Z轴主动控制分配导电材料的设备和方法”的中国专利申请的分案申请。

背景技术

技术领域

本发明涉及在塑料或者玻璃面板（例如用作车上的后灯）上印刷导电加热栅格图案的设备和方法。

相关技术

目前用例如聚碳酸酯（PC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的塑性材料来制造许多汽车部件和零件，例如中间立柱、前灯和太阳天窗。由于这些塑性材料具有许多标志性的优点，特别是在式样/设计、减重、以及安全性/可靠性方面，因此汽车的后窗（后灯）系统用到了这些材料。更具体地说，塑性材料不但能让汽车制造商通过增加总体设计和形状的复杂性来区别他们的车辆，而且能让汽车制造商通过将功能零件集成到模制塑料系统内来降低后窗组件的复杂性。由于重量比常规的玻璃后灯系统轻，因此将它们结合到车辆既可以降低车辆的重心（因此车辆更易操纵且安全），又可以提高燃料经济性。此外，还增加了安全性，特别是在翻车事故方面，这是因为乘坐者或者乘客被保持在车内的可能性更大。

尽管使用塑料窗有许多优点，但是这些窗户并非没有限制，在大规模的商业应用之前，必须阐明这些象征技术障碍的限制。与材料性质有关的限制包括长时间暴露于高温时塑料的稳定性和塑料的有限的导热能力。关于后者，为了用作车上的后灯，塑料必须与除霜器或者除雾系统（下文仅称为“除霜器”）兼容。为了在商业上被接受，塑料后灯必须满足为给玻璃后灯除霜或者除雾而建立的性能标准。

当考虑到热传导时，玻璃和塑料在材料性质上的差别变得相当明显。玻璃的导热系数（T_c=22.39×10^-4卡/厘米·秒·℃）约为典型的塑料所表现出的导热系数（例如，聚碳酸酯的T_c=4.78×10^-4卡/厘米·秒·℃）的4-5倍。因此，用于在玻璃窗上有效工作的除霜器不一定能有效地为塑料窗除霜或者除雾（下面仅提到“除霜”）。塑料的低导热系数可以限制从横贯塑料窗表面的加热栅格线中散热。因此，在输出功率相似时，玻璃窗上的加热栅格可以除去整个视域上的霜，而塑料窗上的同样的加热栅格只能为视域中靠近栅格线的那些部分除霜。

玻璃和塑料间的第二差异与印刷的加热栅格表现出的导电性有关，这是必须克服的。相对较高的软化温度（例如，T软化>>1000℃）表明玻璃具有热稳定性，这允许玻璃窗表面的金属膏烧结以生成主要为无机玻璃料（frit）或者金属线。由于玻璃的软化温度显著高于典型的塑性树脂的玻璃态转化温度（例如，聚碳酸酯T_g=145℃），因此金属膏不能烧结到塑料面板上。相反，必须在低于塑性树脂的T_g的温度下让它在面板上固化。

金属膏通常由分散在聚合物树脂中的金属颗粒组成，聚合物树脂会粘着到它所涂敷的塑料表面上。金属膏的固化形成导电聚合物基体，该基体具有分散在整个介质层中的密集的金属颗粒。与烧结在玻璃基底上的尺寸相似的加热栅格线相比，分散的导电颗粒之间存在的介电层（例如，聚合物）导致固化的加热栅格线的导电性下降，或电阻增加。导电性上的这一差别表明与玻璃窗相比，塑料窗所表现出来的除霜特性较差。

牢记上述内容，显然，要使和面板一起使用的任何除霜器的效率和有效性最大化，重要的是控制印刷到面板上的加热栅格的质量。各种参数会影响印刷的加热栅格的质量，这些参数包括栅格线的宽度、高度和平直度方面的任何差异。宽度和高度方面存在的差异越多，对除霜器有效性的负面影响就越大。这是各个区段中的栅格线和母线的电阻不相等的结果，这导致各个区段中的除霜器的电阻加热不相等。关于平直度，主要是审美需要，因为塑料窗组件能够具有更大的设计灵活性和曲率，因此这不再是个问题。

使用导电油墨或者膏以及本领域技术人员已知的各种方法，除霜器可以直接印刷到面板的内表面或外表面，或者保护层表面。这些方法包括但不限于丝栅格印刷、喷墨印刷和自动分配。自动分配包括粘合剂应用领域的技术人员已知的方法，例如滴流和拖曳、倾流、以及简单的流动分配。在上述的每种情况下，面板的形状影响着印刷线的质量，即丝栅格印刷很难在非平面面板上进行，还影响在栅格线的宽度和高度方向上的印刷速度。速度较低而油墨或者膏的流量较高可以形成较宽且较高的栅格线。相反，速度较高而流量较低可以形成较细且较低的栅格线。特别的是，利用丝栅格印刷，栅格线的高度不容易变化。