СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ КАРБОНОСОДЕРЖАЩЕЙ ПАСТЫ НА ТЕКСТИЛЬНУЮ ПОДЛОЖКУ МЕТОДОМ ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ Российский патент 2024 года по МПК B41F15/00 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для производства нагревательных элементов на текстильной основе методом трафаретной печати.

Трафаретная печать - универсальный метод нанесения функционального покрытия на широкий спектр различных поверхностей. Технология заключается в продавливании состава для печати на носитель через специальную форму с натянутой на нее мелкопористой сеткой из нейлона, полиэфира или металла с частотой нитей от 4 до 200 единиц на сантиметр и толщиной от 18 до 200 мкм.

Относительно альтернативных методов нанесения функциональных составов на текстильную основу, трафаретная печать/шелкография выгодно выделяется на фоне других высокой производительностью, низкой стоимостью и простотой организации процесса.

Данные преимущества обуславливают предпочтительность метода трафаретной печати для локализованного нанесения желаемого материала на подложку. Благодаря универсальности процесса трафаретной печати и его вариативности в наши дни возможно осуществить печать практически на любом типе носителя. Исходя из целевого назначения изготавливаемой продукции, все процессы печати можно разделить на две категории: традиционную печать и функциональную печать.

Традиционная печать на подложке обычно относится к окраске подложки в дизайнерских целях и в рамках данной работы не была изучена.

Функциональная печать относится к процессу печати, при котором на подложку наносятся специальные функциональные материалы с целью придания подложке нетипичных для нее свойств, например, электропроводность, изоляционные свойства, влагостойкость и другие. Функциональная трафаретная печать используется для производства широкого спектра функциональных устройств, таких как гибкие датчики, электроника большой площади, органические светоизлучающие устройства и полимерные солнечные элементы. Еще более распространен данный метод при изготовлении основных компонентов электрической системы, таких как проводники, резисторы, конденсаторы и транзисторы на гибких подложках, в частности, на текстиле.

Трафаретная печать предлагает несколько важных преимуществ по сравнению с другими методами печати. Однако независимо от типа печатного процесса его целью является определение оптимальных параметров процесса и достижение качества печати.

Во всех процессах трафаретной печати в клинообразном пространстве, находящемся между ракелем и трафаретом, возникает гидродинамическое давление. Количество пасты, выдавливаемой из сита, зависит от этого гидродинамического давления, которое, в свою очередь, зависит от угла ракеля, базовой длины зоны давления, скорости движения ракеля, вязкости пасты и радиуса пор сита

В случае печати электропроводящими составами или составами, обладающими любыми другими функциональными возможностями, крайне важно достичь желаемого качества печати с точки зрения воспроизводимости процесса и функциональности печати.

Технический результат достигаемый заявленным изобретение заключается в создании способа нанесения карбоносодержащей пасты на текстильную подложку методом трафаретной печати, обеспечивающего качество и равномерность нанесения карбоносодержащей пасты на подложку и повышение качественных характеристик получаемого покрытия

Технический результат достигается тем, что способ нанесения карбоносодержащей пасты на текстильную подложку методом трафаретной печати, включает в себя следующие этапы:

- Подготовка карбоносодержащей пасты путем ее перемешивания для разбивания агломератов углеродных нанотрубок, последующего упаривания при температуре 60-70°С на 1/3 по массе, введения в карбоносодержащую пасту добавки, повышающей вязкость состава, в количестве 5% от массы исходного состава и последующего перемешивания до получения однородного состава.

- Подготовка текстильной подложки путем ее промачивания в спиртосодержащем растворе, сушки при температуре 30°С до полного высыхания, последующем нанесении грунтового покрытия на основе поливинилацетата и этилового спирта и сушке до полного высыхания.

- Закрепление текстильной подложки на пластиковой основе под натяжением зажимами по периметру и размещение на рабочем столе трафаретного принтера.

- Подготовка и закрепление трафаретной сетки с топологией греющих дорожек над текстильной подложкой с зазором не более 3 мм от поверхности подложки.

- Нанесение на поверхность трафаретной сетки карбоносодержащей пасты и ее равномерное распределение ракелем по топологии греющих дорожек без продавливания.

- Печать греющих дорожек путем продавливания карбоносодержащей пасты через ячейки трафаретной сетки ракелем, расположенным под углом 50 градусов к текстильной подложке.

- Сушка покрытия в течении 30 минут при температуре 110°С.

На начальном этапе осуществляют подготовку карбоносодержащей пасты. Для этого карбоносодержащую пасту подвергают процессу перемешивания на лабораторном диссольвере для разбивания агломератов углеродных нанотрубок, которые образуются при длительном хранении состава. В качестве дисольвера может быть использован диссольвер марки BDG 750/1. Среднее время перемешивания 15 минут при режиме 550 об/мин. После перемешивания карбоносодержащую пасту упаривают при температуре 60-70°С на 1/3 по массе от первоначальной величины для достижения консистенции пригодной для выполнения трафаретной печати.

Для повышения вязкости состава, достаточной для осуществления эффективного процесса трафаретной печати, в состав карбоносодержащей пасты вводится дополнительная добавка, повышающая вязкость пластизолевых составов трафаретной печати, в количестве 5% от массы исходного состава (на 100 г пасты - 5 г добавки). В качестве такой добавки может быть использована TEXIPLAST ADDENSANTE. После введения добавки осуществляют перемешивание в диссольвере в течении 5-10 минут при режиме 500 об./мин.

При этом с целью увеличения стойкости покрытия и увеличения его эластичности возможно добавление в состав карбоносодержащей пасты соответствующей добавки в количестве 2-3% от массы исходного состава. В качестве такой добавки может быть использована TEXIPLAST ADDITIVO PROMOTEX.

После подготовки карбоносодержащей пасты осуществляют процесс подготовки текстильной подложки для повышения степени адгезии состава к поверхности подложки.

Для этого текстильную подложку для трафаретной печати промачивают в спиртосодержащем растворе и сушат в лабораторном шкафу при 30°С. в течение 5-7 минут до полного высыхания.

После для более равномерного покрытия осуществляют нанесение грунтового покрытия на поверхность текстильной подложки. Грунтовое покрытие помогает слоям карбоносодержащей пасты ровнее ложиться на подложку, что обеспечивает получение равномерного монолитного печатного слоя, которое при эксплуатации будет давать равномерный нагрев по всей площади греющей топологии, исключая возникновения зон локального перегрева. Также грунтование текстильной основы улучшает механические показатели итогового рисунка, снижая его деформацию и вероятность образования трещин при эксплуатации.

В качестве грунтового покрытия используется состав на основе поливинилацетата (ПВА) и этилового спирта. Для нанесения грунтового покрытия его нагревают до температуры 60°С и наносят на текстильную подложку. После нанесения осуществляется сушка текстильной подложки при комнатной температуре до полного высыхания.

После подготовки текстильной подложки ее размещают на рабочем столе трафаретного станка согласно топологии греющих дорожек на трафарете. Для закрепления текстильной основы на рабочем столе ручного трафаретного принтера используется термоустойчивая пластиковая подложка. Крепеж текстильной выкройки на пластиковую подложку осуществляется специальными горизонтальными крепежными элементами - зажимами по периметру материала с натяжением.

Далее осуществляется подготовка и закрепление трафаретной сетки с топологией греющих дорожек над текстильной подложкой.

Перед началом процесса трафаретно печати поверхность трафаретной сетки обрабатывается спиртосодержащим раствором для обезжиривания, удаления механических частичек и придания максимальной гидрофильности.

После подготовленная текстильная основа на закрепленной подложке размещается на рабочем столе под трафаретной сеткой. Далее металлическим шпателем на поверхность трафаретной сетки наносится функциональная карбоносодержащая паста, после чего равномерно распределяется ракелем по топологии проводящего слоя без продавливания.

Печать греющих дорожек производится в направлении от себя продавливанием пасты ракелем под углом 50 градусов. Угол выставляется при помощи мерной шкалы.

Мерная шкала устанавливается перпендикулярно относительно оси держателя ракеля и способствует быстрой и точной регулировки угла ракеля во время печати. Угол в 50 градусов является оптимальным углом положения ракеля при трафаретной печати на текстиле карбоносодержащей пастой. При соблюдении положении ракеля относительно трафаретной сетки в 50 градусов достигается наиболее равномерное нанесение рабочего состава на поверхность текстиля с минимальным процентом брака.

По завершению этапа нанесения, текстильная подложка подвергается процессу сушки в лабораторном шкафу, взвешиванию, замеру толщины и сопротивления готового покрытия. В случае отличия стандартного сопротивления греющей дорожки от требуемого, рекомендуется нанесение дополнительного слоя функционального карбоносодержащего состава.

Максимальное количество слоев на одной греющей дорожки - 3. При увеличении данного значения происходит увеличение хрупкости итогового покрытия и пропорционально снижается устойчивость карбонового слоя на изгиб и разрыв. Также в этом случае могут формироваться зоны с разным уровнем толщины покрытия, что приводит к возникновению локальных очагов перегрева, что в конечном итоге приводит к выводу всего устройства из работы.

В процессе трафаретной печати рекомендуется производить процесс полной очистки трафаретной сетки каждые 15-20 мин при непрерывном процессе печати. При прекращении работы на длительный перерыв требуется удалить все функциональные составы с поверхности трафаретной сетки спиртосодержащим раствором во избежание застывания пасты в ячейках. При затруднительном удалении функционального состава рекомендуется использование более агрессивных средств. Удаление паст производить при помощи средств на основе натуральных материалов (хлопок), а не синтетических во избежание накапливания статических зарядов на рабочей поверхности.

Для оценки качества итогового покрытия на текстильной подложке был проведен ряд лабораторных испытаний.

1. Сопротивление покрытия

Определение сопротивления образцов проводилось от начала до конца дорожки мультиметром MS8040, с допустимой погрешностью в 10%. В ходе испытания были проведены измерения более 50 образцов. Измерения сопротивления дорожек показало, что сопротивление устанавливалось в диапазоне 9,0-10,8 Ом, со средним расхождением сопротивления дорожек на 1 подложке около 5%.

2. Степень адгезии покрытия к подложке

Для оценки степени адгезии карбоносодержащей пасты к текстильной подложке, нанесенной методом трафаретной печати, был использован экспресс метод «Скотч-тест». Для работ использовалась односторонняя клейкая лента 3М 610.

Методика оценки: на ровную горизонтальную поверхность закрепляется текстильная подложка с нанесенным слоем функционального состава. Далее на напечатанную карбоновую дорожку по диагонали наносится полоска ленты 3 М 610 и проглаживается по всей площади для равномерного сцепления с поверхностью. После этого клейкую ленту удаляют с поверхности исследуемого покрытия под углом ~180°, а не вертикально под углом 90°. Отрыв производится медленно, со скоростью 7,5-10 см/сек.

Исследования показали, что при отрыве ленты с поверхности дорожки с 1 слоем функционального состава, на поверхности липкого слоя остается в среднем менее 10% карбонового покрытия.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для производства нагревательных элементов на текстильной основе методом трафаретной печати. Способ включает подготовку карбоносодержащей пасты путем ее перемешивания для разбивания агломератов углеродных нанотрубок, последующего упаривания, введения в карбоносодержащую пасту добавки, повышающей вязкость состава, последующего перемешивания до получения однородного состава, подготовку текстильной подложки путем ее промачивания в спиртосодержащем растворе, сушки до полного высыхания, последующее нанесение грунтового покрытия на основе поливинилацетата и этилового спирта и сушку до полного высыхания, закрепление текстильной подложки на пластиковой основе под натяжением зажимами по периметру и размещение на рабочем столе трафаретного принтера, подготовку и закрепление трафаретной сетки с топологией греющих дорожек над текстильной подложкой, нанесение на поверхность трафаретной сетки карбоносодержащей пасты и ее равномерное распределение ракелем по топологии греющих дорожек без продавливания, печать греющих дорожек путем продавливания карбоносодержащей пасты через ячейки трафаретной сетки ракелем, расположенным под углом 50 градусов к текстильной подложке, и последующую сушку покрытия. Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в создании способа, обеспечивающего качество и равномерность нанесения карбоносодержащей пасты на подложку и повышение качественных характеристик получаемого покрытия. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ нанесения карбоносодержащей пасты на текстильную подложку методом трафаретной печати, включающий подготовку карбоносодержащей пасты путем ее перемешивания для разбивания агломератов углеродных нанотрубок, последующего упаривания при температуре 60-70°С на 1/3 по массе, введения в карбоносодержащую пасту добавки, повышающей вязкость состава, в количестве 5% от массы исходного состава и последующего перемешивания до получения однородного состава, подготовку текстильной подложки путем ее промачивания в спиртосодержащем растворе, сушки при температуре 30°С до полного высыхания, последующее нанесение грунтового покрытия на основе поливинилацетата и этилового спирта и сушку до полного высыхания, закрепление текстильной подложки на пластиковой основе под натяжением зажимами по периметру и размещение на рабочем столе трафаретного принтера; подготовку и закрепление трафаретной сетки с топологией греющих дорожек над текстильной подложкой с зазором не более 3 мм от поверхности подложки, нанесение на поверхность трафаретной сетки карбоносодержащей пасты и ее равномерное распределение ракелем по топологии греющих дорожек без продавливания, печать греющих дорожек путем продавливания карбоносодержащей пасты через ячейки трафаретной сетки ракелем, расположенным под углом 50 градусов к текстильной подложке, и последующую сушку покрытия в течение 30 минут при температуре 110°С.

2. Способ нанесения карбоносодержащей пасты на текстильную подложку методом трафаретной печати по п.1, отличающийся тем, что при подготовке карбоносодержащей пасты в состав пасты вводится добавка, увеличивающая стойкость покрытия и его эластичность, в количестве 2-3% от массы исходного состава.

3. Способ нанесения карбоносодержащей пасты на текстильную подложку методом трафаретной печати по п.1, отличающийся тем, что расположение ракеля под углом 50 градусов к текстильной подложке осуществляется с помощью мерной шкалы, расположенной перпендикулярно относительно оси держателя ракеля.