具有包括与粘合剂互锁的底切特征结构的多层结构的制品及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明提供了具有多层结构的制品，该多层结构包括与粘合剂互锁的底切特征结 构，以及制备此类制品的方法。
【背景技术】
[0002] 当模制聚合物时，模具或工具通常被设计为允许聚合物在不变形的情况下脱模。 通过在模具腔中包括脱模角（即，使得模制部分在腔开口处最宽，并且朝向腔的最深部分深 入时逐渐变窄的锥形），有助于在不变形的情况下脱模。
[0003] 在一些情况下，特征结构被模制为具有形状:该形状中隆起或凹陷阻止模制特征 结构从模具退出，并且该特征结构称为底切特征结构。底切特征结构包括例如钩形，因为钩 向侧面弯曲，使得钩子的顶端悬挂于钩子的基部的侧面。底切特征结构还包括带顶盖的杆 状物(如，具有头部的杆状物，该头部具有钉形状或蘑菇形状），因为顶盖突出超过其所在的 基部的直径。底切特征结构还包括漏斗形特征结构，其中该特征结构的直径从基部至顶端 逐渐增大。底切特征结构通常难以脱模，因为该特征结构的突出部分通常不能在不损坏该 特征结构或使其永久性变形的情况下从模具腔拉出。
[0004]已经开发出多种技术来克服底切特征结构的脱模困难。在一些情况下，模具由模 制后可部分分解的多个部分构成，从而打开每个腔，并允许特征结构易于移除。此类方法可 为有效的;然而，通常需要复杂的模具。或者，带顶盖的杆状物可这样制备:首先模制无底切 的竖直杆状物，然后在脱模后通过单独的成形步骤给这些杆状物加顶盖。又一个通用方法 涉及允许底切特征结构在脱模期间弯曲，然后利用聚合物的弹性使其恢复模制形状，例如 使用钩形。通过这种方法形成的钩形在从钩子的基部移至钩子的顶端时，其横截面积保持 不变或减小。钩形允许钩子通过弯曲和/或操纵钩子移出腔来脱模，从而将剪切应力和压缩 应力减至最小。利用钩形作为底切特征结构的一个缺点是，当力小于其他底切特征结构诸 如带顶盖的杆状物或漏斗的情况下，钩子通常会弯曲或损坏。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了具有层的制品，所述层包括与粘合剂互锁的底切特征结构。在第一 方面，提供了包括多层结构的制品。该多层结构包括(a)第一层，其包括多个底切特征结构， 所述底切特征结构形成于一体化背衬上并从其延伸，其中第一层由聚烯烃形成；（b)第二 层，其包括固化时Shore D硬度大于59的粘合剂，其中第二层与所述多个底切特征结构互 锁；以及(c)第三层，其包括基底。第三层附着到粘合剂，并且第二层设置于第一层与第三层 之间。
[0006] 在第二方面，提供了制备包括多层结构的制品的方法。该方法包括(a)将聚烯烃树 脂沉积到模具腔中以形成第一层，该第一层包括多个底切特征结构，所述底切特征结构位 于一体化背衬上并从其延伸；（b)使第一层以至少150毫米/分钟(mm/min)的速率从模具腔 脱模；（C)将固化性粘合剂施涂到所述多个底切特征结构以形成附接至第一层的第二层，所 述固化性粘合剂在固化时的ShoreD硬度大于59;以及(d)将包括基底的第三层附接至第二 层。第二层设置于第一层与第三层之间。
【附图说明】
[0007] 图1A是模具的局部剖视图。
[0008] 图1B是填充有聚烯烃的图1A模具工具的局部剖视图。
[0009]图1C是图1B的模具工具的局部剖视图，其中聚烯烃正从该模具工具脱模。
[0010] 图1D是图1C的模具工具的局部剖视图，其中聚烯烃已从该模具工具脱模。
[0011] 图2是从一体化背衬延伸的具有杆状物和头部的底切特征结构的局部透视图。
[0012] 图3是从一体化背衬延伸的具有漏斗形状的底切特征结构的局部透视图。
[0013] 图4是聚丙烯层的一部分的光学显微图像，该聚丙烯层包括一体化形成的具有漏 斗形状的底切特征结构。
[0014] 图5A是第一层的局部透视图，其包括背衬和多个底切特征结构，每个底切特征结 构均从背衬延伸并且具有漏斗形状。
[0015] 图5B是包括图5A的第一层、还包括第二层的多层结构的局部透视图。
[0016]图5C是包括图5B的多层结构、还包括第三层的制品的局部透视图。
[0017] 图6是根据比较例4的经砂磨形成粗糙聚烯烃表面的聚烯烃层横截面的荧光显微 图像。
[0018] 图7是根据实例7的聚烯烃第一层横截面的荧光显微图像，其包括背衬和多个底切 特征结构，每个底切特征结构从背衬延伸并且具有漏斗形状。
[0019] 图8是第一层横截面的光学显微图像，其包括具有钉子形状的底切特征结构阵列。
[0020] 虽然可不按比例绘制的以上附图示出了本公开的各个实施例，但还可以想到其他 的实施例，如在【具体实施方式】中所指出的。
【具体实施方式】
[0021] 本发明提供了具有包括底切特征结构的层的制品及其制备方法，所述底切特征结 构与粘合剂互锁。更具体地讲，该制品包括多层结构，该多层结构包括第一层、第二层和第 三层。第一层由聚烯烃形成，并且包括多个底切特征结构。第二层包括与所述多个底切特征 结构互锁的粘合剂。第三层包括基底，并且附着到粘合剂。因此，第二层设置于第一层与第 三层之间。
[0022] 本发明还提供了制备包括多层结构的制品的方法。该方法包括将聚烯烃树脂沉积 到模具腔中以形成包括多个底切特征结构的第一层，所述底切特征结构位于一体化背衬上 并从其延伸，使第一层以至少150毫米/分钟(mm/min)的速率从模具腔脱模。其次，将固化性 粘合剂施涂到所述多个底切特征结构以形成附接至第一层的第二层，其中固化性粘合剂在 固化时的Shore D硬度大于59。另外，将包括基底的第三层附接至第二层。第二层设置于第 一层与第三层之间。
[0023] 由端点表述的任何数值范围旨在包括所述范围的端点、所述范围内的所有数以及 所述范围内的任何较窄的范围（例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。除非另外指明， 否则说明书和实施例中所使用的所有表达数量或成分、性质量度等的数值在一切情况下均 应理解成由术语"约"所修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和附列实施例中 列出的数值参数可以随本领域的技术人员使用本公开的教导内容寻求获得的所需特性而 变化。在最低程度上，并且不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施例的 范围内的条件下，至少应该根据所记录的数值的有效数位和通过惯常的四舍五入法来解释 每一个数值参数。
[0024] 对于以下定义术语的术语表，除非在权利要求书或说明书中的别处提供不同的定 义，否则整个申请应以这些定义为准。
[0025] 术语表
[0026] 在整个说明书和权利要求书中所使用的某些术语虽然大部分为人们所熟知的，但 可能仍然需要作出一些解释。应当理解，如本文所用的：
[0027] 术语"一个(种)"和"该"与"至少一个(种)"可互换使用，意指一个(种)或多个(种） 所描述的要素。
[0028] 术语"和/或"意指任一者或两者。例如，表达"A和/或B"意指A、B，或A和B的组合。
[0029] 术语"底切"是指阻止模制特征结构从模具腔退出的隆起或凹陷。
[0030]术语"底切特征结构"是指包括隆起或凹陷的元件，该隆起或凹陷阻止元件从模具 腔退出。在一些情况下，元件的一部分是底切(如，钉子形状的头部部分），而在其他情况下， 整个元件是底切(如，漏斗形状）。
[0031]术语"杆状物"是指底切特征结构的主轴，该底切特征结构一体化形成于背衬上并 从其延伸。
[0032]术语"头部"是指位于杆状物端部的底切特征结构的任选部分。
[0033] 术语"倒转"是指一类底切特征结构，即，此类底切特征结构一体化形成于背衬上 并从其延伸，其中横截面积从背衬近侧向背衬远侧逐渐增大。
[0034] 术语"互锁"是指一个或多个底切特征结构直观地渗透至另一种材料(例如，粘合 剂），或一个或多个底切特征结构与另一种材料缠结。互锁提供了具有一个或多个底切特征 结构的元件与另一种材料的机械相互作用。机械相互作用的程度越大，拉开互锁材料所需 的力就越大。
[0035] 术语"近侧"是指靠近原点（例如，背衬层)定位，而术语"远侧"是指远离原点定位。
[0036] 在第一方面，提供了一种制品。更具体地讲，提供了一种包括多层结构的制品，该 多层结构包括(a)第一层，其包括多个底切特征结构，所述底切特征结构形成于一体化背衬 上并从其延伸，其中第一层由聚烯烃形成；（b)第二层，其包括固化时Shore D硬度大于59的 粘合剂，其中第二层与所述多个底切特征结构互锁；以及(c)第三层，其包括基底，其中第三 层附着到粘合剂，并且第二层设置于第一层与第三层之间。
[0037] 在第二方面，提供了一种方法。更具体地讲，该方法包括(a)将聚烯烃树脂沉积到 模具腔中以形成第一层，该第一层包括多个底切特征结构，所述底切特征结构位于一体化 背衬上并从其延伸；（b)使第一层以至少150毫米/分钟(mm/min)的速率从模具腔脱模；（c) 将固化性粘合剂施涂到所述多个底切特征结构以形成附接至第一层的第二层，所述固化性 粘合剂在固化时的Shore D硬度大于59;以及(d)将包括基底的第三层附接至第二层，其中 第二层设置于第一层与第三层之间。
[0038] 本发明实施例的以下说明涉及上述方面中的一者或二者。
[0039] 将低表面能(LSE)聚合物粘合至其他材料是一种挑战，在很多情况下，与LSE聚合 物(例如，聚丙烯和聚乙烯)进行强结构粘合需要使用专门设计的粘合剂。如本文所用，术语 "低表面能"是指主表面具有的表面能小于33毫牛/米(mN/m)的材料。此类粘合剂与常见的 廉价粘合剂(例如，环氧树脂)相比较，后者所产生的与LSE聚合物的粘合通常相对较弱。本 文提供的实施例允许使用多种不同的粘合剂，将低表面能聚合物粘合至其他材料(例如，基 底）。在大多数实施例中，由聚烯烃形成的第一层是LSE聚合物。当包括粘合剂的第二层固化 时，形成于一体化背衬上并从其延伸的底切特征结构嵌入硬化的粘合剂并且与粘合剂互 锁。在这一点上，底切特征结构不能在无显著变形的情况下与粘合剂分离。这样的机械性互 锁在聚合物和粘合剂之间形成了强粘合，这与聚合物和粘合剂之间的界面粘合无关，只要 温度保持低于聚合物的软化点即可。
[0040] 如上所述，相对于非底切特征结构，底切特征结构可能难以脱模，因为特征结构的 变形涉及显著的压力和/或剪切应力。为适应这些较为严苛的应力，已发现必须保持相对精 确的高温。此外，在这些高温下，脱模必须快速进行，以保持变形的弹性性质。
[0041] 图1提供了示例性局部剖视图，其示出了根据本公开的方面形成具有底切特征结 构的层的步骤。图1A示出了模具10的一部分的剖视图，该模具被形成为具有多个腔，图中仅 显示了单个腔14。腔14终止于区域12,该区域被形成为在最终模制层上提供底切特征结构。 如图1B所示，在使用中，模具10填充有聚烯烃树脂15以形成层17。聚烯烃15被填充到模具工 具10中。如图1B所示，层17包括背衬19和一体化形成于背衬19上并从其延伸的杆状物16。杆 状物16包括设置在杆状物16上、远离背衬19的头部18。在图1的实施例中，杆状物16和头部 18-起提供底切特征结构11。
[0042] 图1C示出了层17的脱模。具体地讲，控制模具10的温度，以使得聚烯烃15的温度在 使其具有弹性的范围内。通常，将模具的温度保持在室温(如，约23-25°C)与低于聚烯烃15 熔融温度(T m)的温度之间。聚烯烃15的温度非常重要，因为如果温度过低，底切特征结构11 可能永久性变形或在从腔14脱模时损坏。如果温度过高，底切特征结构11将不具有足够的 弹性记忆来恢复其之前的模制形状并且/或者聚烯烃15的机械强度不足以耐受脱模力，这 可导致层17的背衬19损坏。如图1C所示，适于聚烯烃15的温度范围允许底切特征结构11在 从腔14移除期间暂时变形。接着，底切特征结构11恢复其脱模之前的模制形状，如图1D所 示。具体地讲，图1D中示出的脱模层17与其在模具10中时具有相同的尺寸，具体地讲，底切 特征结构11未变形或损坏。除聚烯烃15的温度之外，层17的脱模速率应大于最小速率，例如 150毫米/分钟(mm/min)，使层17脱模时底切特征结构11的变形或损坏最小(优选无变形或 损坏）。
[0043]聚烯烃树脂通常通过常规模制方法沉积到模具腔中，包括例如但不限于辊模、注 模、挤出模制、真空模制或它们的组合。在某些实施例中，该方法包括在树脂沉积到模具腔 中之前加热聚烯烃树脂，优选地加热至高于聚烯烃树脂熔融温度(T m)的温度。在此类实施 例中，该方法通常还包括在第一层从模具腔脱模之前，通过使模具腔温度保持在25°C与低 于聚烯烃树脂T m的温度之间来冷却模具腔中的聚烯烃树脂。在其他实施例中，该方法包括 将树脂以固体形式沉积到模具腔中，并且在第一层从模具腔脱模之前使树脂适形于模具腔 形状。在此类实施例中，该方法通常包括在模具腔中模制第一层期间，使模具腔温度保持在 25°C与低于聚烯烃降解温度(Td)的温度之间，优选地在25°C与聚烯烃树脂Tm之间来加热模 具腔中的聚烯烃树脂。模具腔温度比聚烯烃的^高得越多，则在脱模之前模具腔需要降低 的温度越多。
[0044]据发现，进行脱模的温度会影响在底切特征结构的变形和/或底切特征结构的损 坏最小的情况下脱模的能力。优选地，在进行脱模时，模具腔温度保持在聚烯烃树脂的1^与 比聚烯烃树脂Tm低30°C的温度之间。在某些实施例中，模具腔温度保持在50°C和200°C之 间，或75°C和150°C之间，或100°C和150°C之间，或125°C和175°C之间，或150°C和175°C之 间。更具体地讲，在某些实施例中，聚烯烃为聚丙烯，并且模具腔温度保持在130°C和170°C 之间，或145°C和150°C之间，而在其他实施例中，聚烯烃为高密度聚烯烃(HDPE)，并且模具 腔温度保持在ll〇°C和135°C之间，或115°C和125°C之间。在某些实施例中，通过使模具的一 个主表面经受高温来调节模具腔的温度。