專利名稱：多涂層模具涂布的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模具涂布，更具體地說，涉及一種在底層物上同時涂布兩種或更多種薄層液體的多層膜模具涂布方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
存在著對其上涂有液體薄層或“膜”，特別是例如壓敏膠粘劑(PSA)這樣的聚合物液體膜的片材或其他底層物的巨大需求。這種PSA液體至少可以分成三大類，包括乳劑、熱熔體及溶劑基溶液；但是在上述及其他類別中又有種類繁多的PSA，表現(xiàn)出多種多樣的流體特性。也存在著種類繁多的其他類液體，需要涂布到某種類型的底層物上去。
典型地說，將這種其上帶有薄膜涂層的底層物做成卷材的形式，然后再令其通過“轉(zhuǎn)化”加工，在這種加工中經(jīng)過印刷、沖切以及其他方法將其制成多種多樣的最終成品，包括標(biāo)簽、識別系統(tǒng)、膠帶等等。這種成卷的涂層材料常常具有夾層構(gòu)造，意思是說，該底層物上涂布了多層液態(tài)PSA膠粘劑或其他液體，再在涂層上蒙上一層包含某種面層漿料的片材。存在著種類幾乎無窮無盡的、用多種多樣不同的背襯片材、涂層及面層漿料制成的這類多層產(chǎn)品。
目前，在生產(chǎn)這類多層產(chǎn)品的過程中典型的做法是，每一層各自單程地通過一種涂布設(shè)備完成涂布?？梢詫⑼繉油糠蟮饺魏我环N類型的底層物上，包括一種隔離襯層，或者甚至加在面層漿料上。然后，該涂層按照典型的做法經(jīng)烘爐干燥，或者在熱熔融PSA的情況下，經(jīng)冷卻而固化。如果打算在其上加上另外的涂層，則該卷材帶著原來已有的涂層，再進(jìn)行另外的涂布操作。最終，其上各自帶有任意數(shù)目涂層的背襯和面層漿料通常被層合在一起而制成最終的多層產(chǎn)品。有許多涂布技術(shù)可以使用；但是互抵涂布或接近涂布通常被用于上述這一類型的單層涂布。在使用上述任何一種涂布技術(shù)的情況下，以單層涂布到底層物上的液體經(jīng)過模具中的狹長縫隙進(jìn)料(因此，這種技術(shù)有時也叫做“縫型涂布”)。該狹縫布置成與成卷的、通常稱作帶材的底層物運動方向成近似直角。該模具是不動的，而該模具的頭，包括兩片決定了該狹縫開口的“唇”，位于靠近帶材的地方。當(dāng)帶材從這兩片唇面前經(jīng)過時，繞著一個背輥(支撐輥)運動。由模唇構(gòu)成的狹縫具有與帶材基本相等的寬度，這樣，隨著流體不斷從模具流出到運動的帶材上，沿帶材整個橫向的帶材幅寬便一次通過地涂上了這種流體。
如果設(shè)計和調(diào)整得當(dāng)，該模具將把液體均勻一致地沿著帶材分布成一個薄層。典型地說，該模具可以很方便地進(jìn)行調(diào)整以朝著帶材前進(jìn)或后退，從而確定了模唇與帶材之間的間隙，也叫做“涂布間隙”。另外，模唇表面與帶材之間的夾角，或稱“迎角”，也可以進(jìn)行調(diào)整。針對給定的涂層厚度，可以確定包括流率在內(nèi)的各種液體流動參數(shù)。一旦這些參數(shù)確定，并且模具在涂布機(jī)內(nèi)安排停當(dāng)之后，操作期間通常只有涂布間隙和迎角需要調(diào)整。然而，由于涂布的層厚極薄，進(jìn)行任何這樣的調(diào)整往往會給加工帶來某種程度的不精確性。
例如，這種單涂層一般在2～50微米范圍內(nèi)。而且，要精確地進(jìn)行如此薄層的涂布，由于其粘度較高，通常在50～50,000毫帕-秒(mPa-sec)之間，就變得越發(fā)困難。另外，在涂布過程中所經(jīng)受的壓力和剪切速率常常會在幾個數(shù)量級范圍內(nèi)變化。例如，某些種類的PSA液體要經(jīng)歷幅度達(dá)900磅/平方英寸的壓力變化。該模具必須能夠?qū)⒕哂羞@樣參數(shù)的液體以比較高的生產(chǎn)速度進(jìn)行涂布，例如帶材速度在每分鐘50～350米范圍內(nèi)或者更高。
對于模具本身的精確度也存在若干物理限制。例如，要使模具的唇部幾何形狀保持極小的公差是非常困難的，特別是沿著狹縫的整個寬度，而其數(shù)值又在幾英寸到幾百英寸或更高的范圍內(nèi)變化，情況更是如此。因此，為了做到盡可能精確，在互抵涂布的情況下，實際上是讓模唇壓入到帶材中去，而后者支承在一個背輥上，該背輥典型地由硬橡膠材料制成，因此由于模具推進(jìn)的壓力它又會產(chǎn)生變形。下游唇以及上游唇的大部分由于是在薄層液體上做水面滑行，因此不接觸帶材，盡管在某些情況下上游唇的一部分可能接觸到帶材。因此，這樣的變形補(bǔ)償了模唇構(gòu)型上可能存在的不精確性。從另一方面說，這種技術(shù)存在使模唇(特別是上游唇)的磨耗速率加劇的缺點，進(jìn)而給加工帶來不精確性。加之，在這樣的環(huán)境下，背輥存在的任何不完美之處(例如偏心，或“徑向跳動”)將會擴(kuò)大?；サ滞坎嫉牧硪粋€缺點是，帶材中的接頭可能難以通過。
另一種涂布，即接近涂布中，模唇安置在自帶材后退一段精確距離的位置。其背輥典型地由不銹鋼材料制成，這使得背輥圓周的形狀可以做得精確。因此，與互抵涂布不同，接近涂布中的背輥在轉(zhuǎn)動時不大會有偏心(也稱作輥的徑向跳動)。
為了進(jìn)一步做到精確的單層涂布，發(fā)展出了許多技術(shù)。例如眾所周知，模唇相對于帶材的構(gòu)型可以進(jìn)行調(diào)整，以便改進(jìn)涂層的精確和一致性。同樣眾所周知的是讓模具的下游唇擺成一定角度或傾斜，以使其相對于帶材呈一定的收斂態(tài)勢。這樣做的優(yōu)點是為涂層提供了平滑的表面并防止在涂層中出現(xiàn)“條紋”及其他缺陷。達(dá)到這種模唇收斂的典型做法是調(diào)整模具迎角，使模唇與(迎面)過來的帶材面交成一定的傾角(按這里的定義，迎角是一個負(fù)角度)。
然而模具迎角的調(diào)整會影響到整個液“珠”的流體力學(xué)狀態(tài)。液珠被定義為模唇與帶材之間截留的這部分液體，而沿其兩條縱向側(cè)邊，液珠兩端之間的這部分則定義為上游彎月面和下游彎月面或成膜區(qū)。這樣，如果收斂過大，液流會遇到很大的壓力梯度，它傾向于迫使液體朝上游逃逸。如果液珠朝上游推進(jìn)，它往往會破裂，因為壓力梯度在這一區(qū)域呈二次方規(guī)律變化。這將造成液體“上游泄漏”，顯然將導(dǎo)致涂層性能的惡化。為此，另一種單層涂布技術(shù)是把上游唇調(diào)整得使沿著該模唇的壓力降加大。這樣做的效果是保證讓液珠停留在模唇之下，或者說將其“封住”。
上述較大壓力梯度的另一個缺點是它使液體受到剪切作用。在粘度唯一由一種液體的性質(zhì)決定的單層涂布的過程中，這種高剪變速率的負(fù)面影響局限于如下的液膜質(zhì)量惡化即此時高剪切應(yīng)力使液膜沿帶材的橫方向再分布，或者它們導(dǎo)致在剪切敏感液體中出現(xiàn)材料破壞的情況。除此之外，對于多層涂布，其中粘度可能因多種液體的存在而變化，盡管尚未完全理解但據(jù)觀察，這種高剪切速率(甚至在給定的時間內(nèi)經(jīng)歷的較低剪切速率)也會使得流體從穩(wěn)定的二維流動轉(zhuǎn)而采取三維流動模式。換句話說，當(dāng)面臨剪切應(yīng)力時，液流將傾向于重排變成三維流型以便減少流動阻力。由于三維流動的結(jié)果，液體發(fā)生一定程度的涂層之間對流混合。
在單層涂布中存在著其他一些導(dǎo)致不精確的根源。例如，可能難以恰當(dāng)?shù)乜刂埔后w粘度或帶材速度。帶材本身可能表面有相對起伏或不規(guī)則，從而增加了在其上涂上厚意均勻涂層的難度。外來的顆?；蚱渌镔|(zhì)可能沉積在帶材的表面或夾雜到液體內(nèi)部。而且，就連周圍壓力的輕微變化也會影響到涂布的精確性。上述各項中的任何一項出現(xiàn)都可能引起擾動或偏離穩(wěn)態(tài)涂布。
盡管存在上述種種困難，一般地仍然可以利用本發(fā)明的單層涂布技術(shù)獲得好的結(jié)果。這種方法的要求可能是相當(dāng)寬松的。就是說，擾動或其他不穩(wěn)定因素常常對最終產(chǎn)品的性能沒有實質(zhì)的影響。另外，如果流動穩(wěn)定，擾動的影響很可能會迅速地被衰減掉，結(jié)果使缺陷的嚴(yán)重性減少到極小的程度。
然而，對降低生產(chǎn)成本和開發(fā)出較高質(zhì)量產(chǎn)品的要求卻是永遠(yuǎn)存在的。在上述的單層涂布方法中，要生產(chǎn)出最終的多層產(chǎn)品，還必須進(jìn)行包括涂布、干燥和層合在內(nèi)的許多步驟。因此，設(shè)備及勞動成本就比較高。還有，據(jù)發(fā)現(xiàn)某些多層產(chǎn)品的機(jī)械和流變特性可能依涂層是單獨或同時涂布而有所不同。就是說，如果將兩個濕涂層同時涂布到底層物上，據(jù)發(fā)現(xiàn)最終多層產(chǎn)品的可轉(zhuǎn)化性及性能都可得到改善。然而，為了做到兩個或更多個涂層同時涂布，模具則必須具有兩條或更多條狹縫，而不再只是一條。因此，除了上游唇和下游唇(用于單層涂布)之外，多涂層模具還必須有居間的或“中”唇，以便構(gòu)成適當(dāng)數(shù)目的狹縫或供料間隙。
然而，這種“雙料”模具迄今尚未產(chǎn)生出成功的多層的涂層。這是由于單層涂布的原理不能很好地移植到多層涂布上去的緣故。同時將兩個或更多個濕的涂層彼此重疊涂布的流體力學(xué)規(guī)律與單層中所經(jīng)歷的相距甚遠(yuǎn)。從另一方面，在某些工業(yè)中，例如攝影膠片工業(yè)，多層涂布已在許多涂布技術(shù)中得到采用，包括滑動涂布、模具/滑動聯(lián)合涂布或者完全的模具涂布。然而，膠片工業(yè)對液體的要求與PSA工業(yè)迥然不同，后者大多是高粘度液體。
因此，在先有技術(shù)中存在著對多涂層模具涂布能力的如下需要它能以工業(yè)生產(chǎn)的速度生產(chǎn)出成品，它能利用多種多樣不同的液體，包括表現(xiàn)出較高粘度從而導(dǎo)致高壓涂布條件的液體。
發(fā)明概述本發(fā)明是這樣填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)中的這一需求空白的采用操作在正規(guī)生產(chǎn)速率下的縫型涂布方法將兩種或更多種比較粘稠的PSA液體基本上同時涂布到底層物上，從而得以制造出多層PSA產(chǎn)品。該縫型涂布方法優(yōu)選地包括互抵涂布方法或接近涂布方法。
更具體地說，本發(fā)明方法優(yōu)選地將介于兩個或更多個正在涂布到底層物上去的液體層之間界面或分離流線的位置控制在穩(wěn)定的狀態(tài)。與單層涂布不同，流動的穩(wěn)定性(即其唯一地表現(xiàn)出穩(wěn)定、二維流動的傾向)，尤其是在兩層之間的界面處，是極其重要的。
分離流線形成在每當(dāng)任意兩個鄰接的涂層在它們剛剛變得彼此鄰接的那一點形成一條分離線的地方。因此，本發(fā)明的方法優(yōu)選地包括調(diào)整涂層的壓力梯度的步驟，目的在于使之不致超過將會在該模具下方的鄰接層中引起回流的數(shù)值。
按照本發(fā)明的設(shè)備，一種被制成能將任何數(shù)目的層涂布到運動的底層物上去的模具，其中所述模具優(yōu)選地包括在該模具的末端形成的至少一個第一模唇和在該模具的末端形成的至少一個第二模唇。該第二模唇從底層物運動方向看位于該第一模唇的下游，而且該第二模唇設(shè)置在沿基本上垂直于底層物的方向相對于第一模唇縮進(jìn)的位置。這樣，在本發(fā)明的模具中，所述的模唇彼此間就呈現(xiàn)出相對于底層物平面的梯級(臺階)構(gòu)型，沿著底層物的運動方向與底層物的距離逐級增加。
借此，本發(fā)明的方法和設(shè)備保證了鄰接涂層中的穩(wěn)定流動。不穩(wěn)定的流動，其流線隨時間變化。這會造成流型中出現(xiàn)無規(guī)的波動或有規(guī)的振蕩，進(jìn)而造成膜構(gòu)型斷面中的不規(guī)則性。此外，在不穩(wěn)定條件下涂布過程中輕微的擾動會蔓延，而不是象穩(wěn)定流動那樣很快地被衰減到穩(wěn)定狀態(tài)。同樣，三維流動會造成兩層之間的混合，或者造成沿帶材幅寬方向涂層厚度不均勻，以及其他缺陷，例如涂層不連續(xù)或漏涂等等。在穩(wěn)定的二維流動中，每一涂層都很均勻，因此生產(chǎn)出的產(chǎn)品完整性和性能也較好。不僅如此，如果流動受到擾動，這種流動形式將會迅速地自動恢復(fù)其穩(wěn)定的二維流動特性，從而使成品中可能出現(xiàn)的缺陷降低到最小的程度。
進(jìn)一步說，本發(fā)明能保證界面處的穩(wěn)定二維流動，這是通過控制位于其最上游位置的流動界面實現(xiàn)的，該界面在這里稱作分離流線或分離線。從帶材運動的角度出發(fā)，該分離線的定義是下流動層的最靠上的流線與上流動層的最靠下的流線剛剛交匯的那條沿帶材幅寬方向的線。反過來說，分離線可以被看作這兩股流與模唇分離的位置。雖然該分離線是橫貫帶材的整個幅寬的，但是，當(dāng)從側(cè)面來看模具/帶材界面時，它是一個點。上面提到，該分離線將出現(xiàn)在下游狹縫開口區(qū)或供料間隙內(nèi)的下層與上層流股合流的地方。為了叫起來方便，這一區(qū)域在本文中將稱之為“界面區(qū)”。應(yīng)當(dāng)知道，如果兩層合并的流動在該界面區(qū)，更具體地說在該分離線處，是穩(wěn)定和二維的，則它將很可能在整個涂布過程中一直保持這樣的流動特性，從而生產(chǎn)出改進(jìn)的最終產(chǎn)品。
為了在分離線處達(dá)到這樣一種有利的流動特性，本發(fā)明有助于使該條線位于模具中唇的下游轉(zhuǎn)角處。這一轉(zhuǎn)角代表沿模具橫向的一條二維的直線。這樣，如果分離線與該轉(zhuǎn)角重合，則可以保證達(dá)到穩(wěn)定的二維流動。由于這樣的原因，本文把該轉(zhuǎn)角叫做“穩(wěn)定點”。從另一方面說，應(yīng)當(dāng)理解，不穩(wěn)定或三維流動狀態(tài)可能使分離線出現(xiàn)在界面區(qū)內(nèi)的幾個位置。例如，下層液流中的“回流”可能造成上層液流被拉向上游，致使它從緊靠中唇正下方的位置分離。同樣，在雙層中出現(xiàn)漩渦或其他滯流也可能使它在該液流的供料間隙內(nèi)的某一位置與中唇分離。
按照本發(fā)明的方法，有若干基本步驟，而其順序則并不特別重要。這些步驟包括對涂布的某些液體參數(shù)的分析、模唇幾何形狀的具體而精確的設(shè)計以及模具相對于運動帶材的組裝或安裝。遵循這些步驟，可以進(jìn)行若干實驗性涂布，以便確定達(dá)到成功的多層涂布的操作范圍。甚至在這個范圍內(nèi)，還可以確定出適合于大規(guī)模涂布操作的較高質(zhì)量范圍。這些步驟有助于提供穩(wěn)定的二維流動。
界面區(qū)內(nèi)的穩(wěn)定、二維流動特性在本發(fā)明方法中是這樣達(dá)到的調(diào)節(jié)壓力梯度，使得分離線位于穩(wěn)定點處。按照本發(fā)明方法的一個方面，該壓力梯度可以通過設(shè)計并組裝一種帶有特定中唇幾何形狀的模具來達(dá)到。這有助于使分離線剛好鎖定在穩(wěn)定點。在本發(fā)明的方法中這可以優(yōu)選地通過調(diào)整界面區(qū)內(nèi)的壓力梯度達(dá)到。正象眾所周知，該區(qū)內(nèi)的壓力梯度取決于涂布間隙及其同下游膜厚度的關(guān)系。根據(jù)復(fù)雜然而已透徹理解的流體力學(xué)原理，液珠內(nèi)部沿著某一特定縱向部分造成的壓力梯度與該點處的涂布間隙以及對應(yīng)液流的下游厚度有關(guān)。然而在這里，分析時必須小心。的確，對于單層涂布，這種分析是比較直接了當(dāng)?shù)模驗橹挥幸还闪鲃雍鸵环N下游膜厚度。然而對于多層涂布過程來說，存在著兩股或更多股流動。就是說，在液流中給定點的壓力梯度分析必須包括該點處涂布間隙的確定以及由該液流形成的一個或多個液層的下游膜厚度。
本發(fā)明中的每一涂層優(yōu)選地為約2～50微米，該縫型涂布方法優(yōu)選地包括互抵涂布或接近涂布。精確地進(jìn)行這種層的涂布所遇到的困難由于其粘度較高而增加，該粘度優(yōu)選地在50～50,000毫帕-秒。另外，涂布中經(jīng)受的壓力及剪切速率經(jīng)常會在幾個數(shù)量級范圍內(nèi)變化。例如，某些類型PSA液體會經(jīng)歷達(dá)900磅/平方英寸范圍的壓力變化。該模具必須能夠以較高的生產(chǎn)速率，例如帶材速度優(yōu)選地在50～350米/分鐘或更高范圍內(nèi)，涂布具有上述參數(shù)的液體。所以說，對特定液流中的壓力梯度，特別是對界面區(qū)處合并流的壓力梯度進(jìn)行分析是相當(dāng)復(fù)雜的。
本發(fā)明的方法能設(shè)計中、下游模唇的幾何形狀，使得混合液流中的壓力梯度將分離線固定在穩(wěn)定點。在一個實施方案中，按照本發(fā)明方法設(shè)計的壓力梯度調(diào)節(jié)要素包括中唇朝著帶材的延伸。因而，由中、下游膜唇構(gòu)成的輪廓呈現(xiàn)出順帶材運動方向逐級遠(yuǎn)離帶材的梯級。這種梯級構(gòu)型可以是平頭的或平行于帶材或者與之成一定角度的。它甚至可以呈現(xiàn)出其他的式樣。唯一重要的是，在界面區(qū)，尤其是沿著從穩(wěn)定點到中唇的上游轉(zhuǎn)角的中間涂布間隙這一區(qū)域，要維持一定的壓力梯度。對于平頭的模唇式樣(例如在模唇上沒有形成傾斜或斜切面)，中、下游唇位于互相平行的平面內(nèi)。然而對于斜切或其他模唇式樣，這兩個唇所在平面則可能相交。
就本發(fā)明的方法而言應(yīng)當(dāng)理解，模唇的這種梯級(臺階)式樣會影響到界面區(qū)內(nèi)中及下游唇下方的涂布間隙。因為中唇朝著帶材突出，故該唇下方的涂布間隙小于下游唇下方的間隙。結(jié)果，如果模具相對于帶材的位置擺放正確，中唇下方的壓力梯度將近似于零，而下游唇下方的壓力梯度將為負(fù)值。同樣，這種關(guān)系至少存在于靠近下游供料間隙開口的界面區(qū)內(nèi)。由于采用其他的模唇式樣(例如斜切的)及模具迎角調(diào)整，中唇下方與下游唇下方壓力梯度之間的關(guān)系可能會按照不同規(guī)律變化。然而，在界面區(qū)內(nèi)，重要的是恰好位于該區(qū)或緊鄰其上游附近的沿帶材運動方向的壓力梯度不得為過大的正值。
如果在這一區(qū)域的壓力梯度過高，則會出現(xiàn)某種不穩(wěn)定流動，從而導(dǎo)致涂層缺陷。例如，當(dāng)沒有一個適當(dāng)?shù)膲毫μ荻日{(diào)節(jié)時，中唇下方的下層液流可能出現(xiàn)“回流”。例如，它可能出現(xiàn)在當(dāng)中唇的下游臺階不存在時，在這一區(qū)域造成較大的涂布間隙。涂布間隙較大會造成下層液流中出現(xiàn)較高的正壓力梯度，使下層實際上朝上游流動一段短距離，然后再調(diào)過頭來朝下游流動。這樣的速度特性叫做液流的“回流”。
下層液流中出現(xiàn)這種回流的最嚴(yán)重缺點之一是它傾向于把中唇下方的上層液流朝上游方向拉離穩(wěn)定點。就是說，分離線朝上游移動，而且不能保證形成一條直的并穩(wěn)定的分離線。繼而界面處兩層之間混合及擴(kuò)散可能加劇。此外，該液流還可能出現(xiàn)斑點或疙瘩?；亓鬟€可能引起一些其他缺陷?；亓饔袃深愰_路的和閉路的。開路回流造成的損害較小，因為任何進(jìn)入其中的液體經(jīng)過短時間(停留時間短)以后會離開，然后繼續(xù)朝下游流去。而閉路回流造成的停留時間長，因為液體被陷在其中了。而且所有的回流據(jù)知都往往具有三維流動的特征。對于例如熱熔融PSA這樣溫度較高的液體，這可能造成降解，繼而焦煳，并因此而出現(xiàn)條紋。對于PSA乳劑，長時間的剪切形變可能導(dǎo)致乳液結(jié)構(gòu)破壞，并導(dǎo)致顆粒的形成，又會出現(xiàn)條紋。
從另一方面說，中唇下方的壓力梯度同樣不能過大(出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可能情況例如有，當(dāng)這一區(qū)域的涂布間隙過小時)。這種過大的壓力梯度還可能造成流體上游泄漏。還是象上面所提到的，這種高壓力梯度可能造成高剪切應(yīng)力，給涂層的性能帶來其他的不利影響。
按照本發(fā)明，還會觀察到，要設(shè)計成自中唇縮進(jìn)的臺階可以通過將中唇設(shè)置在適當(dāng)?shù)耐坎奸g隙處，并將下游唇設(shè)置到進(jìn)一步遠(yuǎn)離帶材的位置來實現(xiàn)。然而在這樣設(shè)定參數(shù)的同時也帶來一些不利之處。如果下游唇下方的涂布間隙因此而變得過大時，上層液流中會產(chǎn)生回流或旋渦?？赡墚a(chǎn)生的又一種缺陷叫做“顫痕”，或者說液珠的二維振蕩。
本發(fā)明方法，除了正確的模唇幾何形狀設(shè)計和模具相對于帶材的組裝和配置以便達(dá)到恰當(dāng)?shù)耐坎奸g隙之外，還包括對準(zhǔn)備涂到帶材上去的液體進(jìn)行某些流體參數(shù)的詳細(xì)分析。特別是，本發(fā)明的方法涉及兩種液體之間相對粘度的分析。優(yōu)選的是，上層液體的粘度應(yīng)大于下層液體的粘度。更具體地說，上層粘度比下層粘度優(yōu)選地高出30％為最佳；但是，當(dāng)上層粘度優(yōu)選地介乎于比下層粘度小約50％到高出100％(或甚至更高)的范圍內(nèi)可做到成功的多層涂布。然而，一般專業(yè)人員將會認(rèn)識到，這些范圍對于一組給定的涂布參數(shù)來說甚至可以變動到超出上述的界限。
粘度之間的平衡對于促使達(dá)到穩(wěn)定的二維流動是重要的。然而，由于液流受到如此高的剪切速率，在進(jìn)行粘度分析時必須把粘度因如此高的剪切速率而發(fā)生的變化也考慮進(jìn)去。例如，由于剪切變稀作用，任何正在被涂布液體的粘度都可能發(fā)生達(dá)幾個數(shù)量級的毫帕-秒的變化。與此同時，考慮到本發(fā)明方法所涉及的薄膜涂布參數(shù)，剪切速率可能發(fā)生達(dá)4個或更高數(shù)量級的變化。特別是，在這樣的涂布條件下剪切速率有可能經(jīng)歷達(dá)1,000秒-1以上的改變。因此，正在涂布的液體之間的相對粘度應(yīng)當(dāng)參照上述較高的剪切速率來考慮。
另外，按照本發(fā)明方法的另一個方面，優(yōu)選地應(yīng)該對各個液體的表面張力分析，上層液體的表面張力優(yōu)選地比下層液體低。這一條件有助于避免因脫濕現(xiàn)象在上層形成相對于下層的漏涂。
在模唇的幾何形狀設(shè)計完成并相對于模具設(shè)置停當(dāng)而且對液體參數(shù)作了分析之后，本發(fā)明的另一個重要方面是就可以實現(xiàn)成功涂布的操作參數(shù)區(qū)域進(jìn)行實驗確定。這一區(qū)域常常稱作為“涂布范圍”，它可以利用涂布間隙對模具迎角作圖加以確定。比如，為了確定涂布范圍，用兩種液體試樣在各種不同的涂布間隙和迎角條件下進(jìn)行實驗涂布，然后觀察涂層的質(zhì)量。找出能達(dá)到適當(dāng)涂布的區(qū)域，包括能達(dá)到非常高質(zhì)量涂布的區(qū)域(通常是總涂布范圍的一個子域)。優(yōu)選的是，該涂布范圍盡可能大，以便在涂布間隙和/或迎角中出現(xiàn)的不精確性不致造成涂層缺陷或產(chǎn)品降等級。為了給涂布范圍增加另一個維度，將實驗過的同一組試樣再放到各種不同的粘度條件下進(jìn)行試驗。
在涂布范圍確定之后，可以按照本發(fā)明方法進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)模的涂布，優(yōu)選在迎角區(qū)間的中部及靠近最大涂布間隙及迎角的一點進(jìn)行。
在本發(fā)明的設(shè)備中，另一個優(yōu)選的特征是，多層涂布模具優(yōu)選地包括一種壓力梯度調(diào)節(jié)要素，它能提供一個位于界面區(qū)前方的合適壓力梯度。然而如上面所解釋的，當(dāng)本發(fā)明的模具被相對于帶材正確地設(shè)置以便表現(xiàn)出恰當(dāng)?shù)耐坎奸g隙特性時，就優(yōu)選地獲得了這一優(yōu)點。優(yōu)選的是，據(jù)發(fā)現(xiàn)該模具應(yīng)設(shè)置成使得中唇下方(特別是在界面區(qū))的涂布間隙大致等于模具下游(干燥以前)下層濕膜厚度的兩倍。然而應(yīng)當(dāng)反復(fù)強(qiáng)調(diào)的是，這一厚度僅指來自中層下方這一特定液流的、正在被涂布的下層厚度。從另一方面說，下游唇下方(特別是界面區(qū)內(nèi))的涂布間隙應(yīng)當(dāng)大于下游濕膜厚度的一倍但不大于其兩倍。在后一種情況下，該厚度是這兩層以及此前的任何數(shù)目的層的復(fù)合厚度。所以說，應(yīng)當(dāng)理解，上述的原則適用于任何數(shù)目涂層的多層涂布，其中“下層”和“上層”指的是任何兩個相鄰的層。還應(yīng)當(dāng)理解，上述的關(guān)系由于液體的非牛頓特性以及其他可變因素，會少許有所變化。
另一方面，本發(fā)明設(shè)備允許對多層涂布過程進(jìn)行優(yōu)化。在按照本發(fā)明制作的模具的一個優(yōu)選實施方案中，中及下游唇是平頭的，或者說彼此平行。因此，如果需要下游唇呈收斂姿態(tài)，可以調(diào)整迎角來實現(xiàn)。然而在另一個實施方案中，涂布過程的優(yōu)化是通過將下游唇切成傾斜的，使之在即使不進(jìn)行迎角調(diào)整的條件下也能呈現(xiàn)一定的收斂之勢。借助這樣的改進(jìn)，模具的“操作范圍”可以得到擴(kuò)大。這意味著，即使做不到對某些涂布參數(shù)的精確控制也可以實現(xiàn)成功的涂布。另一方面，操作范圍擴(kuò)大了，獲得生產(chǎn)出最佳涂層的較高產(chǎn)品質(zhì)量操作范圍的可能性就增加了。而且，操作范圍大，使得較不熟練或經(jīng)驗較少的操作人員也能成功地完成涂布操作。另外，可以生產(chǎn)出由范圍更廣的液體制作的、品種更多的產(chǎn)品，甚至包括單層產(chǎn)品。
在本發(fā)明模具的另一個方面中，上游唇位于比中唇更貼近帶材的地方。這也造成一種沿上游方向不斷增加的壓力梯度，從而有助于將該模唇下方的液珠封住并避免上游泄漏。上游唇下方的下層中總是存在回流的。但是，典型地講，此種回流是開路的，因此不會對下層的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。該上游唇可以是“平頭”或平行于帶材的，或者它可以是斜切的或相對于帶材傾斜的。優(yōu)選的是，這種傾斜從帶材運動方向看表現(xiàn)出一種發(fā)散的態(tài)勢。這樣一種輪廓造成一種朝向上游的正壓力梯度，這又有助于封住液珠。
當(dāng)本發(fā)明的設(shè)備的上游和下游唇為傾斜時，中唇優(yōu)選地保持為近似水平的(不考慮帶材曲率時，它近似平行于帶材的意思)。這一點即使在操作期間也可以做到，因為有了上述模唇的傾斜，迎角需要調(diào)整的范圍就很小了。由于中唇是平的，再配合恰當(dāng)?shù)耐坎奸g隙，這就造成了一個等于零的壓力梯度，正如上面討論過的，它有利于避免回流并進(jìn)而降低剪切速率和剪切應(yīng)力。平的中唇還可以減少上游泄漏的危險。況且，這種中唇制造起來最為昂貴，而不要傾斜有利于降低成本。
應(yīng)當(dāng)指出，要達(dá)到本發(fā)明設(shè)備的各項優(yōu)點，其他的模唇幾何形狀也是可能的。同樣，其他的壓力調(diào)節(jié)形式也是可能的。
進(jìn)而，就本發(fā)明設(shè)備的模唇幾何形狀的另一方面而言，壓力梯度的調(diào)整也可以通過將模唇設(shè)計成具有特定的長度，特別是中、下游唇的長度來實現(xiàn)。就是說，應(yīng)當(dāng)理解，模唇的長度在模具迎角調(diào)整好以后將會影響到涂布間隙。就典型而言，對于負(fù)迎角(模具與帶材沿順流方向呈收斂狀)來說，每個模唇上游部分處的涂布間隙大于該唇下游部分處的涂布間隙?？紤]到背輥的曲率時尤其如此。上面已經(jīng)提到，如果涂布間隙過大，由于壓力梯度不合適，將發(fā)生回流，從而使分離線位置失控并造成涂層質(zhì)量的惡化。
另外，如同前面指出的，液珠內(nèi)的液流主要由于帶材的快速運動致使受到剪切應(yīng)力。即使當(dāng)剪切速率對流體性質(zhì)來說是可以允許的，長時間剪切作用也會對液體的質(zhì)量產(chǎn)生損傷作用。模唇越長，則液體經(jīng)受剪切應(yīng)力的時間就越長。因此，重要的是，當(dāng)設(shè)計模唇幾何形狀時，模唇長度的選擇不僅要照顧到剪切應(yīng)力而且要考慮涂布間隙。
因此，本發(fā)明模具設(shè)備的一個重要的方面是，模唇長度應(yīng)盡量短，而同時其長度又需提供足以形成穩(wěn)定的直線流?？赡?，模唇長度中最重要的是下游唇長度。該唇必須足夠長，以便使這種流型逐漸形成。該唇的長度可介于0.1～3毫米之間，而以約0.8～1.2毫米長為優(yōu)選的。中唇長度也可在約0.1～3毫米之間，不過以在約0.3～0.7為優(yōu)選。另一方面，上游唇可以長一些而不致在液體中造成剪切應(yīng)力之虞，因為流體經(jīng)過的長度是不大的。而且，上游唇長一些，有利于將液珠封住。因此，該唇在1～3毫米范圍內(nèi)是有利的，而以約1.5～2.5毫米為最佳。
本發(fā)明的另一個方面是上、下游供料間隙之間的夾角。由于中唇的長度被縮到極短，故構(gòu)成中唇的該模具中心件必須足夠?qū)?，以便具備為支撐精密加工過的模唇所需的強(qiáng)度。據(jù)發(fā)現(xiàn)，這兩條供料間隙之間的角度最佳為約30°；雖然應(yīng)當(dāng)指出，這一角度對本文所描述的流動特性并無影響。
于是，本發(fā)明多涂層模具涂布設(shè)備的下游供料間隙區(qū)特征在于，能在下層(包括前面提到的任何涂層)與上層之間的界面處產(chǎn)生穩(wěn)定的流動的壓力梯度調(diào)節(jié)要素。該壓力梯度是由于中唇與下游唇的幾何特性共同造成的，它在界面區(qū)形成恰當(dāng)?shù)膲毫μ荻?，其正值不大到足以引起回流的程度?br> 因此，本發(fā)明的設(shè)備還優(yōu)選地包括一種在底層物上涂布上多層薄膜的模具，其中該模具帶有在其模唇上形成的壓力梯度調(diào)節(jié)要素，所述的調(diào)節(jié)要素被做成使模具與帶材的對當(dāng)位置能夠避免在緊靠界面區(qū)上游出現(xiàn)正值過大的壓力梯度。本發(fā)明進(jìn)一步包括一種模具，其中所述壓力梯度調(diào)節(jié)要素包括從中唇的下游轉(zhuǎn)角及下游唇的上游轉(zhuǎn)角來看呈臺階的幾何形狀，所述臺階的縮進(jìn)量優(yōu)選地為約0～0.102毫米(0～0.004英寸)。本發(fā)明還包括長度優(yōu)選在約0.1～3毫米之間的中及下游模唇，以及可以是傾斜的上游及下游唇。該上游唇呈傾斜，以便從帶材運動方向看相對于帶材呈發(fā)散之勢，該傾斜的角度優(yōu)選地介于約零到2度之間。該下游唇呈傾斜，以便從帶材運動方向看相對于帶材呈收斂之勢，該傾斜的角度優(yōu)選地介于約零到5度之間。
優(yōu)選的是，按照本發(fā)明制作的模具包括在模具末端上形成的第一和第二模唇平面，這兩個平面決定了沿底層物運動方向自底層物縮進(jìn)的臺階功能。而且，第一與第二模唇的二平面處于彼此相交的平面之內(nèi)。最優(yōu)選的是，該模具包括在模具末端上形成的第三模唇，該第三模唇位于從底層物運動方向看第二模唇的下游，并沿基本上垂直于底層物方向相對于第二模唇縮進(jìn)。
概括地說，本發(fā)明的多涂層模具涂布方法及設(shè)備有利于涂布過程的優(yōu)化。在本發(fā)明的該方法中，二相鄰層的壓力梯度調(diào)整步驟優(yōu)選地包括調(diào)整分離線與模具相對位置的步驟，使得上層的液流不致侵入到下層液流中去。更優(yōu)選的是，上層的粘度大于下層的粘度，進(jìn)一步優(yōu)選的是，上層的粘度在較高的底層物運動速率條件下大于下層的粘度。本發(fā)明的方法優(yōu)選地使用具有下游唇和上游唇的模具，而且該方法包括將分離線調(diào)整在上游唇的下游邊緣處的步驟。
這樣，一般的專業(yè)人員，或甚至程度低于一般專業(yè)人員的人就能夠調(diào)整涂布間隙、迎角、供料間隙、流率以及帶材參數(shù)，以便做到成功的涂布。本發(fā)明可以應(yīng)用在多種多樣涂層及底層物上，以較低的成本生產(chǎn)出許多現(xiàn)有的產(chǎn)品或較新的產(chǎn)品。采用本發(fā)明，可以以較低的成本生產(chǎn)出新涂布機(jī)，也可以將舊涂布機(jī)改造得更加靈活多用。
附圖簡述

圖1是可用于本發(fā)明的多涂層模具的透視圖，其中模具位于靠近圍繞著背輥運動的帶材。
圖2是準(zhǔn)備按照本發(fā)明涂到底層物上的三種試樣液體的粘度隨剪切速率變化的圖。
圖3是不同待涂液體的粘度隨剪切速率變化的第二幅圖。
圖4是一種單涂層模具與運動著的帶材之間形成的涂布間隙斷面放大圖，用以說明本發(fā)明中利用的某些流體動力學(xué)原理。
圖5a～5d是一定條件下圖4所示涂布間隙內(nèi)形成的速度分布示意性圖解。
圖6是圖1所示多涂層模具涂布間隙斷面放大視圖，它進(jìn)一步說明按照本發(fā)明的各涂布參數(shù)的調(diào)整情況。
圖7是圖6所示涂布間隙的界面區(qū)斷面放大圖，其中較詳細(xì)地表示出本發(fā)明的模唇幾何形狀與涂布間隙調(diào)節(jié)步驟之間的關(guān)系。
圖8是假定不按照本發(fā)明的步驟就可能在下層液體中出現(xiàn)的回流的示意性圖示。
圖9是假定不按照本發(fā)明的步驟就可能在下層液體中形成的漩渦的示意性圖示。
圖10是圖7的多涂層模具斷面放大圖，說明將模具調(diào)整成相對于帶材呈負(fù)迎角的步驟。
圖11是當(dāng)圖10所示迎角調(diào)整造成模唇的上游部分涂布間隙過大時，在模唇下方可能出現(xiàn)的回流示意圖示。
圖12是一幅斷面視圖，說明將上游及下游模唇斜置的本發(fā)明步驟。
圖13是假定供料間隙大小沒有按本發(fā)明恰當(dāng)設(shè)定時可能在供料間隙內(nèi)出現(xiàn)的回流情況示意圖。
圖14是一幅涂布間隙對迎角的作圖，用以說明就一組特定參數(shù)而言的成功涂布范圍以及高質(zhì)量范圍的實驗確定。
發(fā)明詳述在開始本發(fā)明的詳細(xì)說明之前應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不局限于兩層的涂布，而是進(jìn)一步包括任意層數(shù)的多層涂布，包括多層中單一液體的同時涂布。因此，本文的附圖及說明不應(yīng)被視為對本發(fā)明范圍的界定；而且，除非明確指出之外，本發(fā)明的方法不限于就其步驟而言的任何特定的順序。
模具涂布概述看圖1，其中畫出了一種多少帶示意性的典型模具涂布操作。模具20被表示成靠近一個沿著箭頭24方向運動的移動底層物或帶材22。該帶材22在越過多涂層模具20的末端時繞著背輥26前進(jìn)。正如圖1所示，應(yīng)當(dāng)理解，模具20與帶材22具有基本上相等的寬度，因此底層物或帶材整個寬度的大部分一次通過便被涂上了自該模具流出并分布到帶材上的流體。
模具20是模塊式的，就是說，它可以由許多單個的元件組裝起來然后再作為一個完整部件被安裝到涂布機(jī)中去。每個模具元件典型地由分布腔19和稍遠(yuǎn)的模具段21組成。該模具段的最遠(yuǎn)部分叫做模唇29，該部分將結(jié)合圖4做進(jìn)一步的說明。由于模具20是模塊式的，因此可以組.裝成各種各樣的模唇29的組合式樣，而不需要修改其他的模具段和模唇29。
如同圖1中水平箭頭28所示，模具20可以方便地朝向背輥26推進(jìn)或離開，以便調(diào)整涂布間隙30，該間隙被定義為模唇29與帶材22之間的距離。另外，模具20的迎角(α)也可以調(diào)整，如同圖1中箭頭所示。
模具20的各元件由縫隙或供料間隙彼此稍稍隔開，它使來自模具20內(nèi)部分布腔的涂料得以流經(jīng)模具20內(nèi)部的這些供料間隙，然后流到運動著的帶材22上。在圖6的多涂層模具中，表示出兩個供料間隙，52、54。但是，前面已經(jīng)提到，應(yīng)當(dāng)懂得，除適用于兩層的情況之外，本發(fā)明的原理也同樣適用于多層。
多涂層模具涂布方法就本發(fā)明方法的一個方面而言，沿帶材幅寬方向均勻成層的膜是在針對準(zhǔn)備涂到帶材上以形成多層產(chǎn)品的液體粘度及其他物理參數(shù)的細(xì)致分析的基礎(chǔ)上獲得的。這種均一性使得產(chǎn)品具有高質(zhì)量。除這種分析之外，本發(fā)明的方法還涉及根據(jù)流體力學(xué)的重要原理來設(shè)計模唇以及模唇與帶材的相對擺放，以便調(diào)節(jié)操作期間液流的壓力梯度。上述模唇設(shè)計及模具擺放的步驟保證將兩個相鄰液層之間的分離線控制在穩(wěn)定點，從而保證液流維持在穩(wěn)定的二維流動狀態(tài)。為了保證操作成功，可以找出涂布范圍(包括高質(zhì)量范圍)并確定最佳的操作點。
涂布液體的分析前面提到，就本發(fā)明方法的一個重要方面而言，應(yīng)當(dāng)就準(zhǔn)備按多層涂到底層物或帶材上去的液體的某些物理參數(shù)，與沿帶材幅寬方向膜厚均勻的可能性之間的關(guān)系進(jìn)行分析。在這些參數(shù)當(dāng)中，也許最重要的就是液體的粘度。更具體地說，應(yīng)當(dāng)懂得，必須對待涂的兩種相鄰液層間粘度比值進(jìn)行細(xì)致的分析，如果可能而又可行，將其調(diào)整到最佳范圍內(nèi)的某一數(shù)值。
例如，據(jù)觀察，上層液體的粘度介于比下層液體的粘度小50％到大100％的范圍內(nèi)，就可能會獲得較好的涂布結(jié)果，盡管若其他參數(shù)已做了優(yōu)化，則其他的比值也可能提供好的涂布結(jié)果。最好，上層粘度優(yōu)選地比下層高出約30％。介于這一范圍的粘度比能夠提供較穩(wěn)定的流動。更具體地說，上層粘度較高，所謂“層間條紋”的帶材橫向缺陷的危險就減少，當(dāng)出現(xiàn)這種缺陷時，上、下層沿帶材橫向彼此交換位置，而不是形成兩層均勻的膜，一層在另一層的上面。
應(yīng)當(dāng)理解，待涂液體之間相對的粘度在很大程度上取決于要生產(chǎn)的多層產(chǎn)品的性質(zhì)。就是說，基于成本、原料、運輸或其他可變因素的考慮，對一種或另一種液體粘度作出調(diào)整也許不可能或者不現(xiàn)實。然而，可以使液體的粘度在一定程度上“匹配”，以便達(dá)到有利的涂布條件。例如，如果希望流動更為穩(wěn)定，就可以加入增稠劑來提高上層液體的粘度。同樣，下層液體的粘度可以通過加入稀釋劑，例如水、溶劑等，來降低。另一方面，這種稀釋劑，尤其是溶劑，會帶來其他的問題，例如環(huán)境問題、干燥時間拖長等。
但是在分析粘度時，必須考慮在典型涂布條件下特定液體所經(jīng)受的剪切速率。這種剪切速率的變化幅度可達(dá)幾個數(shù)量級，不過典型地說，在沿著液珠的大部分部位其值超過1000秒-1。因此，在這樣的剪切速率作用下，液體間相對的粘度關(guān)系會有很大的變化。
圖2表示一幅剪切速率/粘度圖，其中畫出將上層A涂到配制成兩種不同粘度(B與B’)的第二層液體上，其中B’大于B。在該圖中，剪切速率是在0.1～100,000秒-1的范圍內(nèi)表示的；不過分析的區(qū)域位于大約1000秒-1以上的剪切速率條件范圍。應(yīng)當(dāng)注意到，較高剪切速率下的層A與層B之間的粘度比，與較低剪切速率下相比，有顯著的變化。而且，基于上述的分析認(rèn)為，液體A覆蓋在液體B上這樣一種組合將會獲得好的涂布效果，因為A的粘度大于B。確實，在實驗中的確達(dá)到了成功的涂布，然而起初僅僅限于較低的帶材速度范圍內(nèi)。在帶材速度較高時，發(fā)生了液珠上游泄漏，不正常的情況將在下面詳細(xì)說明。之所以在本實例中出現(xiàn)這樣狀況的原因在于液流的流體力學(xué)機(jī)理，并與粘度較低液體(本實例中為液體B)難以在上游唇下面產(chǎn)生將液珠封住的足夠壓力梯度有關(guān)，因為液珠的下游部分地由較為粘稠的液體(A)組成。這種情況就說明了在該液體粘度分析中需要考慮的幾個原理的相互作用。舉例說，這種上游泄漏的情況可以通過幾種可能的途徑予以糾正。一種途徑涉及按照下面將要詳細(xì)說明的本發(fā)明方法的幾個原則來設(shè)計模唇的幾何形狀。另一種途徑涉及兩種液體之間相對粘度關(guān)系的調(diào)整。
例如，當(dāng)實驗中采用液體A/B’進(jìn)行涂布時，則在一個很寬的帶材速度區(qū)間上獲得了良好的涂布效果。這是由于，正象圖2中圖表所示，在較高的剪切速率下兩種液體的粘度彼此平衡或匹配較好之故。例如，液體B’的粘度為B的兩倍以上。但是必須注意，B’的粘度并未顯著超過上層A的粘度。
這種情況表示在圖3中，該圖給出了兩種試樣液體，C和D，的粘度對剪切速率的作圖。在該實例中，液體C準(zhǔn)備涂到液體D的上面。在該圖中，只需要分析高剪切速率粘度。比如，從圖3可以看出，就典型的剪切速率范圍的大部分而言，下層D的粘度超過上層C的粘度。在這些粘度關(guān)系顛倒的情況下發(fā)現(xiàn)，要達(dá)到穩(wěn)定的涂布，而且盡管多層涂布也是可能的，但要達(dá)到高質(zhì)量卻是困難的。在恰當(dāng)?shù)恼扯葪l件下，就特定操作而言的涂布范圍將是比較大的，因此穩(wěn)定流動的可能性也很大。
一般專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)理解，在生產(chǎn)特定的多層產(chǎn)品的過程中將會遇到多種多樣的粘度關(guān)系。故而上面舉出的例子不應(yīng)被視為涵蓋了本發(fā)明方法各步驟中所遇到的液體分析范圍的全部。
液體分析的另一個方面涉及待涂液體之間相對的表面張力。據(jù)發(fā)現(xiàn)，某些缺陷，例如脫濕或漏涂，或者說在一個特定層中的漏涂的危險，當(dāng)上層表面張力小于下層表面張力時會減少。在這些條件下，該局部表面張力(包括成膜區(qū)內(nèi)的動態(tài)表面張力)會傾向于使這些漏涂閉合。要使上層中的表面張力降低到一定程度，可以采用有效的表面活性劑或其他可溶的有機(jī)液體(醇、酮等)。
因此，本發(fā)明方法的液體分析方面對達(dá)到有利的涂布條件是重要的。該方法的模唇設(shè)計及模具的安裝方面將在后面一并討論；但是，有關(guān)單層涂布的以下信息將解釋本發(fā)明的上述方面是如何幫助實現(xiàn)穩(wěn)定流動的。
單涂層的流體力學(xué)為了幫助理解本發(fā)明的優(yōu)點，先弄清涂布間隙30、下游濕膜厚度及液體壓力梯度之間的相互關(guān)系是重要的。這最好是結(jié)合單層涂布過程來加以說明和解釋。
于是，來看圖4，其中表示出貫通位于靠近運動著的帶材22從而形成涂布間隙30(“c.g.”)的一對模唇36的斷面放大示意圖。對圖1應(yīng)當(dāng)注意到，模具20已被順時針轉(zhuǎn)過了大約90°，以表示得更清楚。另外，帶材22被表示成平的或水平的，然而實際上為了同背輥(未畫出)相吻合，它應(yīng)當(dāng)顯示出一定的曲率。但是，圖4中所示的構(gòu)型已經(jīng)是對模唇36與運動著的帶材32之間涂布間隙30中形成的液珠42內(nèi)所發(fā)生的流體力學(xué)現(xiàn)象的很好近似了。
為了便于參照，“(朝)下游”將指帶材22的運動方向，而“(朝)上游”是指相反的方向或朝左。這樣，上游唇36a就構(gòu)成上游模具段38a的最遠(yuǎn)的尖端，而下游唇36b構(gòu)成下游模具段38b的最遠(yuǎn)尖端。這兩個模具段38a、38b，二者中間形成涂布縫隙或供料間隙40，液體從這個間隙流到運動著的帶材22上。如圖4中所示，在液珠42內(nèi)，液體先是朝上游流，然后折返流向下游，形成一個開路回流。液珠42在其上游邊緣這邊與上游彎月面44相鄰接，在其下游邊緣這邊與下游彎月面46或成膜區(qū)相鄰接。如果由于條件極端的緣故流體將逃出液珠42并朝上游流出去，這種現(xiàn)象叫做上游泄漏。
涂布間隙30在圖4中表示為尺寸A。應(yīng)當(dāng)理解，尤其是在看后面的附圖時，涂布間隙30沿著模唇36的長度方向可能會隨這樣一些因素而變化不同的模唇幾何形狀、模唇的加工缺陷、模唇傾斜或斜切、模具迎角及其調(diào)整等等。
液流的濕膜厚度(h)被表示在液珠42的下游處。它的定義是干燥前的液流厚度。液流在各種不同縱向位置處的壓力梯度與濕膜厚度(f.t.)以及在該位置處的涂布間隙30相關(guān)聯(lián)，應(yīng)當(dāng)理解，對給定的液流速率(Q)而言，膜厚及帶材速度成反比。比如，對于穩(wěn)態(tài)牛頓型液體流動，速度由下式給定u=u-ya+a22μ(dpdx)[(ya)2-(ya)]]]>其中u＝液流朝下游的速度；u＝帶材速度；a＝涂布間隙(c.g.)；h＝濕膜厚度(f.t.)；u＝液體粘度；x＝沿下游方向的水平坐標(biāo)；y＝從模唇到帶材的垂直坐標(biāo)；以及dp/dx＝沿下游方向的壓力梯度。
從這一方程式可以看出，流動速度(u)是由兩個分量構(gòu)成的。第一分量可以由“拖曳”分量來表征，其中該流動速度與帶材速度成正比。第二分量可稱之為“壓力推動”分量，所以在給定點處的該流動速度與此處的壓力梯度(dp/dx)成正比。利用流動速率(Q)的定義，將上式積分，以求解壓力梯度，得到dpdx=12μa3(ua-2-Q)]]>因為Q＝hu，該壓力梯度可以用涂布間隙(a)和濕膜厚度(h)表示如下dpdx=12μu-a3(a2-h)]]>于是，在h＝(1/2)a(或者換句話說，涂布間隙為濕膜厚度的兩倍)之處，dp/dx＝0。這樣，根據(jù)上述眾所周知的關(guān)系式就可以確定就某一給定涂布間隙/膜厚度關(guān)系而言，液珠中任意特定點的流速及對應(yīng)的壓力梯度?？梢詫⒃撍俣犬嫵梢环N速度分布圖，例如包括圖5在內(nèi)的一系列示意圖中所畫出的曲線。在下面描述的所有情況中，應(yīng)當(dāng)注意，在y＝0處(模唇處)，流速(u)等于零；而在y＝a(帶材處)處，流速等于帶材速度(u)。
圖5a表示這樣一種涂布情況，其中涂布間隙30恰好等于膜厚度的兩倍。在這種條件下，液體內(nèi)的壓力為常數(shù)，相應(yīng)地壓力梯度為零。
但是如上面所述，涂布間隙條件可以根據(jù)多個變量進(jìn)行調(diào)整。比如，圖5b表示出這樣一種情況，其中涂布間隙30小于下游膜厚度的兩倍。在這種情況下，速度分布沿下游方向為中凹的，因此顯示出負(fù)壓力梯度。這種負(fù)壓力梯度沿下游唇36b產(chǎn)生朝下游方向的壓力梯度。上游區(qū)的壓力較高，因此疊加到液體的速度特性上，將液體向前推或如圖5b所示令速度分布中凸。
另一方面，圖5c畫出的情況是其中涂布間隙30等于膜厚度(h)的3倍。在這種條件下，沿下游的壓力梯度大于零，意即液流在朝下游移動時遇到不斷增高的壓力。這種壓力的升高傾向于減慢速度，使速度分布沿下游方向呈中凸。
最后，圖5d表示的是當(dāng)涂布間隙30大于膜厚度(h)的3倍時的情況。同樣，壓力梯度是正的，但是比圖5c正值的程度更大。因此，看到了更大的下游壓力，實際上導(dǎo)致液體朝上游流動一段短的距離，然后調(diào)轉(zhuǎn)方向朝下游流去。這種情況說明了導(dǎo)致液體中出現(xiàn)回流的主要原因。該回流可能發(fā)生在上游唇36a的下方，如同圖4所示，但是如果涂布間隙30過大，則有可能出現(xiàn)在下游唇36b的下方，如同圖5d所示。
這種回流雖然對單層涂布中的涂膜重量不是特別有害，但對多層涂布卻可能造成災(zāi)難性的后果。據(jù)發(fā)現(xiàn)，這種情況基本上可以通過正確的模唇設(shè)計和恰當(dāng)?shù)哪＞呓M裝及安裝避免。由于本發(fā)明方法的上述諸方面是相互關(guān)聯(lián)的，故下面將就它們一起討論。
模唇設(shè)計及模具安裝本發(fā)明的方法能控制各種各樣條件下液體中的壓力梯度，從而達(dá)到穩(wěn)定的流動。這主要是通過模唇幾何形狀設(shè)計、模具組裝、安裝及調(diào)整達(dá)到的。
在針對一組給定的涂布及液體參數(shù)來設(shè)計模唇幾何形狀時，任何一種分析或計算的順序都是可能的。一種方法是自下游唇開始然后向上游推進(jìn)來計算過程中每一涂布間隙和模唇長度。
開始之前，首先要決定各層的濕膜厚度。典型地說，每層的干膜厚度可以從產(chǎn)品規(guī)格中獲得，以涂層重量(例如每平方米克數(shù))表示，而待涂液體制劑的固體含量(固體在液體中占的百分率)及密度和粘度是已知的。這樣就可求出濕膜厚度，即將涂層重量除以固體含量與密度的乘積。隨后，可以結(jié)合上面規(guī)定的尺寸范圍由該得數(shù)計算出模具中全部的涂布及供料間隙。模唇長度及迎角也可以按照本發(fā)明的方法來計算，以優(yōu)化涂布操作。
從下游唇的下游邊緣開始，涂布間隙可以設(shè)定為總濕膜厚度的1倍。在該設(shè)定值的條件下，就可獲得平滑膜表面特性所需要的、從帶材運動方向看足夠負(fù)的壓力梯度。如上面所討論的，接著設(shè)計該模唇的長度。不論模唇是否傾斜，或者是否使模具具有一個負(fù)迎角，模唇都應(yīng)當(dāng)沿帶材運動方向呈收斂之勢。在知道了下游唇的迎角及長度之后，就可以計算模唇的上游部分的涂布間隙，以保證該值位于合格的范圍內(nèi)。
在設(shè)計下游唇時，有關(guān)采用迎角或是傾斜模唇的問題應(yīng)做一番權(quán)衡。前面說過，傾斜或斜切一般是有利的，因為它實際上能消除迎角所帶來的負(fù)面影響。然而，斜切的模唇加工起來要比平頭的模唇困難；因此在精確度上有一定的損失。成本增高也是要考慮的因素。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)移到中唇的討論，其下游區(qū)的涂布間隙，如上面解釋的，是重要的。它應(yīng)當(dāng)維持在下層膜厚的大約2倍，且不應(yīng)超出過大，因為過分過大，會造成該模唇下方出現(xiàn)回流。該模唇的長度應(yīng)盡量短，以減少一旦給模具加一個迎角時造成過分正的涂布間隙的可能性，然而也不應(yīng)短到不能形成直線流動的程度。
上游唇的設(shè)計由沿液珠的壓力降考慮來決定。任何能夠?qū)⒁褐榉庾〉氖綐泳妥銐蛄?。?yōu)選沿帶材運動方向呈發(fā)散的傾斜式，因為其壓力降隨沿液珠走過的距離呈二次方變化。這意味著在擾動的情況下液珠的上游彎月面位置比較容易控制。
確定了模唇的長度和角度并計算出有利的涂布間隙以后，可以將模具的各個部分組裝在一起。這是按照眾所周知的技術(shù)利用填隙片等完成的。然而，在這期間重要的是，各模唇間形成的臺階必須位置正確。供料間隙也必須由各模具棱面的正確擺放形成。為了避免出現(xiàn)回流，供料間隙不應(yīng)過寬。最后，可根據(jù)上面的計算結(jié)果或如下述找出的涂布范圍將模具設(shè)定成一個初始迎角。
涂布范圍如果認(rèn)為必要或希望這樣做，可以針對如此設(shè)計并安裝起來的模具確定各種操作參數(shù)的范圍。其典型的做法是采用準(zhǔn)備在生產(chǎn)中使用的各種液體的試樣在帶材上進(jìn)行實驗涂布，并逐個地調(diào)整成各種各樣的迎角和涂布間隙。還可以試驗幾種粘度不同的液體的涂布情況。獲得的數(shù)據(jù)可以畫成圖表，其中找出“涂布范圍”，表明在這個范圍內(nèi)能獲得好的涂布結(jié)果。
圖14表示一個適用于以給定的帶材速度進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)涂布的典型涂布范圍。如圖所示，上面畫出了大量對應(yīng)于涂布間隙和迎角的點，從而給出涂布范圍的邊界。從圖中可以看出，超出這一范圍，便會出現(xiàn)各種缺陷。因此很清楚，最好是將操作保持在該涂布范圍之內(nèi)。
將會發(fā)現(xiàn)，迎角負(fù)得越大，一般下游涂布間隙就越小，這是由于模具相對于帶材轉(zhuǎn)過一定角度所致。就圖14的曲線圖而言，較大的下游涂布間隙對應(yīng)于負(fù)得較少的迎角(沿帶材運動方向收斂得較緩)。因此，按照本發(fā)明的另一個方面，理想的是盡量將涂布操作保持在涂布范圍內(nèi)的下游唇涂布間隙較大、迎角剛好足以避免出現(xiàn)條紋缺陷的區(qū)域。在這些區(qū)域操作能夠降低會導(dǎo)致涂層質(zhì)量惡化的強(qiáng)烈剪切應(yīng)力。然而與此同時，涂布間隙必須大到足以避免在中唇下方出現(xiàn)回流。
這些區(qū)域包括被稱為“高質(zhì)量范圍”的涂布范圍子域，該子域代表涂布質(zhì)量最佳的區(qū)域。另外，從另一種意義上說，希望有較大的涂布間隙(但不是那些會造成過分正的壓力梯度的)，因為這樣可以減少沿液珠的壓力降，容易將其在上游彎月面處封住。
這樣做的不足之處是較容易受到擾動。就是說，在高質(zhì)量范圍，特別是采用較小的迎角時，操作處于接近出現(xiàn)缺陷的邊緣(在圖14的例子中所指“條紋”)。擾動可能使涂布狀態(tài)，至少在一段時間內(nèi)，落到涂布范圍之外，從而導(dǎo)致有缺陷產(chǎn)品的出現(xiàn)。因此，最好是挑選一個操作點，既處于高質(zhì)量范圍內(nèi)又與缺陷邊界保持足夠的距離，以便一般的擾動不致使操作點落到涂布范圍之外。
一般專業(yè)人員應(yīng)當(dāng)理解，包括其他參數(shù)的圖表的涂布范圍是可能的。例如，將帶材速度對涂層厚度比作圖是常見的?？梢援嫵鰞煞N或三種相關(guān)涂布參數(shù)的任意組合，以便確定出一個涂布范圍和一個位于其內(nèi)部的高質(zhì)量范圍。
故障原因的查找如同剛剛講過的，在操作期間可能出現(xiàn)給膜的質(zhì)量造成缺陷的擾動或其他異常。因此按照本發(fā)明有利的是，能夠盡早糾正這種缺陷，以便盡量降低其程度和縮短其持續(xù)時間。可能的話，就在涂布的期間進(jìn)行“故障查找”，以便不必被迫中斷生產(chǎn)。
前面已經(jīng)說過，較常見的缺陷狀態(tài)是上游泄漏。如果泄漏發(fā)生在操作期間，可以加大涂布間隙以減少沿液珠的壓力降。替代地，可以通過改變迎角，使下游涂布間隙加大，同時使上游涂布間隙減小(即變成負(fù)得較少的迎角)來消除上游泄漏。其他的措施，例如液體粘度的調(diào)整也可以用來控制上游泄漏。
另一種缺陷是“脫濕”。假如在成膜區(qū)，一種擾動影響到該膜的表面，則一個或多個涂層可能發(fā)生相對于其下面的涂層或底層物的收縮，從而發(fā)生漏涂。要糾正這種情況可以降低上層的表面張力，通過例如提高這些涂層中表面活性劑的含量。同樣，也可以降低涂布速度，以便將成膜區(qū)液體的動態(tài)表面張力維持在剛好或低于穩(wěn)定限的數(shù)值。
多涂層模具涂布設(shè)備看圖6，其中表示出一種本發(fā)明多涂層模具20的優(yōu)選實施方案斷面放大視圖。要知道，本發(fā)明的模具設(shè)備可以被用來按照模具涂布或本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所熟悉的其他涂布技術(shù)來生產(chǎn)成功的多涂層產(chǎn)品。
雖然類似于圖4，但這種模具20是由上游及下游模具段50a和50c，以及將二者分開的中間段50b所組成的。在這些不同段之間形成了上游供料間隙52及下游供料間隙54。來自上游供料間隙52的液體流到帶材22上形成下層58，而來自下游供料間隙54的液體流到該下層上形成上層56。應(yīng)當(dāng)注意，這兩個供料間隙52和54之間形成的角度大約為30度，這對于在中棱面50b的末端形成中唇60b的機(jī)械加工有利地提供了一種好的結(jié)構(gòu)。從圖6還應(yīng)當(dāng)注意到，上游及下游模具段50a、50c的唇部60a及60c相對于中唇60b構(gòu)成了一種梯級或階梯的構(gòu)型，以便調(diào)節(jié)這一區(qū)域的壓力梯度。這種關(guān)系的重要性將結(jié)合圖7作更詳細(xì)的描述和說明。
在圖6中應(yīng)當(dāng)注意到，這種階梯式模唇構(gòu)型造成各種不同的涂布間隙。為了便于參照，下標(biāo)b將指下層58，而下標(biāo)t將指上層56。于是，下層涂布間隙(c.g.b)由兩個不同的數(shù)值表征，一個在上游唇60a下方，一個在中唇60b下方。上層的涂布間隙(c.g.t)的特征是數(shù)值較大。上面已經(jīng)提到，這些涂布間隙與它所形成的對應(yīng)液層下游膜厚度之間存在重要的關(guān)系。例如，下涂布間隙從壓力梯度的角度看與下層58的下游膜厚度(f.t.b)之間存在重要關(guān)系，而上層56的涂布間隙與下游膜總厚度(f.t.t)之間存在重要關(guān)系(注意到下標(biāo)t不僅可以指上層，而且還可以指下游膜“總”厚度也許是有幫助的)，該總厚度包括下層與上層之和。這是由于，在確定壓力梯度過程中的涂布間隙分析必須根據(jù)在該間隙處的全部液流進(jìn)行，包括剛好在該部位朝帶材22流淌著的液流，也包括所有以前的液流及由其形成的涂層。
從圖6還可以看出，下涂布間隙小于上涂布間隙，以便形成前面所描述的“階梯”。中唇60b相對于下游唇60c所形成的階梯出現(xiàn)在一個非常重要的界面區(qū)，在此，兩股流匯合于下游供料間隙54的地方。因此，本發(fā)明的一個重要的方面是一種設(shè)計方法，它尤其是給出中唇60b和下游唇60c的幾何形狀，包括在這一區(qū)內(nèi)每一模唇的長度。這些還將結(jié)合圖7作更詳細(xì)的說明。
最后，在圖6中應(yīng)當(dāng)注意，各個模唇60均互相平行，換句話說，位于平行的平面內(nèi)。但是，本發(fā)明的原則并不局限于這種設(shè)計構(gòu)思。例如，模唇60可以彼此間交一個角度或傾斜，正如下面所說明并結(jié)合圖7作更詳細(xì)的例說。另外，有多種多樣的其他模唇幾何形狀和其他影響壓力梯度的方法仍屬于本發(fā)明原則的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在看圖7，其中表示的是圖6中較全面畫出的界面區(qū)的放大視圖。該圖表示出上層液流56與下層液流58之間的整個界面。每層的流動及各自的方向由一系列箭頭表示?？梢?，這兩層被表示成穩(wěn)定的二維流動，其中分離線恰好位于穩(wěn)定點。這就使得液層在帶材橫方向及縱方向的斷面厚度均勻。這種類型的穩(wěn)定二維流動生產(chǎn)出性能良好的多層產(chǎn)品。
正如前面提到的，為了達(dá)到這種穩(wěn)定的流動，避免兩層之間的混合是重要的。這可以通過，在本發(fā)明的一個方面，精確地控制兩種流體的分離線來實現(xiàn)。如圖7所示，最佳的涂布結(jié)果是當(dāng)該分離線被調(diào)節(jié)到與中唇60b的下游轉(zhuǎn)角62，被稱為穩(wěn)定點，重合時得到的。在本發(fā)明中，調(diào)節(jié)液流中的壓力梯度將上層液流的分離線固定或鎖定在該穩(wěn)定點62上。優(yōu)選的是，中唇60b(且尤其是中唇60b的下游轉(zhuǎn)角62)下方的壓力梯度不大于可能在中唇下方引起回流的壓力梯度。這樣，上層的液流就不具有沿上游方向侵入到下涂布間隙中去的傾向。這樣的壓力格局傾向于把分離線固定在下游唇下方的穩(wěn)定點62處。
如同上面提到的，這一優(yōu)點在本發(fā)明模具設(shè)備的一個方面中是通過將模唇沿下游方向逐級背離帶材22縮進(jìn)成階梯狀達(dá)到的。臺階的縮進(jìn)量在圖7中被表示為尺寸A。該臺階的大小可在寬廣的尺寸范圍內(nèi)變化，對給定的一組涂布條件，可以對其進(jìn)行優(yōu)化。然而，優(yōu)選的是，該距離A介于0～0.102毫米(0～0.004英寸)之間。
但是與此同時，正如上面所提到的，為了達(dá)到本發(fā)明的優(yōu)點，這些模唇必須相對于帶材22適當(dāng)?shù)財[放，以便達(dá)到恰當(dāng)?shù)耐坎奸g隙。例如，如果下層涂布間隙(c.g.b)大于膜厚度(f.t.b)的三倍，在緊靠界面區(qū)的上游將會造成大的壓力梯度，正如圖5d所示。于是，將可能出現(xiàn)負(fù)的速度分布，從而在中唇60b下方的下層中引起回流。這種回流可能具有將上層朝上游拖曳從而偏離穩(wěn)定點62的作用。這種情況被表示在圖8中，它具有上面描述的所有缺點。另一方面，如果下涂布間隙比其膜厚度(f.t.b)的兩倍小很多，盡管將產(chǎn)生較理想的負(fù)壓力梯度，但它可能過大了，因而造成上游泄漏、高剪切速率等等。所以優(yōu)選的是，下層涂布間隙應(yīng)維持在膜厚度的兩倍左右。
此外，下游唇60c下方的涂布間隙(c.g.t)應(yīng)該在總膜厚(f.t.t)的1～2倍之間。同樣，如同圖9所示，如果該值過大，下游唇下方的壓力梯度可能大到足以使分離線上移，進(jìn)入下游供料間隙內(nèi)并在該供料間隙的上游壁上的一點與中唇分離。這種流動情況會在下層液流中引起閉路回流，并造成涂膜缺陷。所以，在這些參數(shù)之間有許多利弊需要權(quán)衡，以便做到精確的壓力梯度控制。
再看圖7，將會注意到，上游唇60a相對于中唇60b也朝帶材22伸進(jìn)一個臺階。這也會造成該涂布間隙的減小和朝上游的壓力梯度上升。這種情況將有助于將液珠42封在模唇下面。實際上，該涂布間隙服從于如下的理論。沿這一區(qū)域產(chǎn)生的壓力降必須與通過沿該液流下游部分的液體時發(fā)生的壓力降相匹配，其中還應(yīng)把包圍著下游及上游界面處液體的周圍空氣所施加的壓力差一并考慮進(jìn)去。所以，上游唇60a下方的涂布間隙可以用來使這些壓力保持平衡。據(jù)發(fā)現(xiàn)，數(shù)量級在約0～0.102毫米(0～0.004英寸)之間的少許縮進(jìn)(圖7中表示的尺寸B)是合適的。
而且，由于該過程的敏感性，應(yīng)當(dāng)理解，上游唇60a與下游唇60c之間的總縮進(jìn)量(即A+B)也應(yīng)小心地調(diào)整。對此，據(jù)發(fā)現(xiàn)，總縮進(jìn)量在約0～0.203毫米(0～0.008英寸)是有利的。另外，供料間隙的尺寸也應(yīng)小心地保持在不超過流過該間隙的液膜濕膜厚度的大約5倍。如同圖13所畫，如果該間隙過大，供料間隙內(nèi)將可能出現(xiàn)回流。而這些尺寸(圖7中的C和D)各自可在約0.0254～0.381毫米(0.001～0.015英寸)的范圍內(nèi)變動。
本發(fā)明模具設(shè)備的另一個有助于保持適當(dāng)涂布間隙和盡量減少剪切速率的重要方面是模唇的長度。如圖7所示，下游唇60c的長度(Ld)可以在約0.1～3毫米范圍內(nèi)，而優(yōu)選約0.8～1.2毫米。但是，該模唇的長度應(yīng)當(dāng)盡量地短，以便降低多層膜受到的剪切作用，這種作用會導(dǎo)致三維流動和液膜成形不勻。中唇60b的長度(Lm)也可以在0.1～3毫米范圍內(nèi)，而以約0.3～0.7毫米為優(yōu)選。該模唇的長度應(yīng)盡量短，以便減少，當(dāng)模具迎角變更時，該上游部分的涂布間隙接近膜厚度3倍的可能性。然而該模唇必須足夠長，以便使下層液流形成直線流。最后，上游唇60a長度的重要性較小，因為流過該唇的液體極少。但是，增加該區(qū)域的長度有助于封住液流。
前面提到過，眾所周知的是，模具20與帶材22之間設(shè)有一個很小的負(fù)迎角，以便形成一個收斂的下游唇60c。因此，圖10畫出的本發(fā)明多涂層模具20相對于帶材22順時針地轉(zhuǎn)過了一個負(fù)迎角(α)。比如，據(jù)發(fā)現(xiàn)為此目的將迎角設(shè)置在約0～-5°是合適的。還應(yīng)當(dāng)理解到，由于有了這樣一個迎角，所有模唇的上游邊緣處的涂布間隙都將發(fā)生改變，從而影響到本發(fā)明壓力梯度調(diào)節(jié)要素的性能。因此，即使當(dāng)下游邊緣處的涂布間隙保持在其合適的尺寸，依照模唇長度并考慮到背輥26的曲率，模唇上游邊緣處的涂布間隙也可能超出了希望的數(shù)值，從而把操作帶到涂布范圍之外。所以，模唇越長以及負(fù)迎角越大，則涂布條件落到操作范圍以外的可能性就越大。這種情況表示在圖11中，該圖畫出了發(fā)生在中唇及下游唇下方的回流。
據(jù)此，在本發(fā)明模具設(shè)備的另一個方面，模具20的上游唇及下游唇可以是傾斜的，以便盡量減小這類效應(yīng)。例如，如果下游唇60c被斜置了一個角γ，如圖12所示，就可能不需要把模具20轉(zhuǎn)過一個負(fù)迎角了。這使得沿該下游膜唇60c的涂布間隙(c.g.t)有一個較大的控制余地。同樣，有了收斂、斜置的下游唇60c，中唇60b就可以優(yōu)選地保持為平的，正如圖上所示。同樣，可以在不進(jìn)行迎角調(diào)整的情況下小心地控制此重要的中唇60b下方的涂布間隙(c.g.b)。這就是說，涂布間隙(c.g.b)極少可能超過膜厚度(f.t.b)的3倍，尤其是在中唇60b的上游邊緣處。然而，還應(yīng)當(dāng)注意，中唇與下游唇之間形成的臺階，如同上面結(jié)合圖7所討論的，仍舊存在。
同樣地，某些優(yōu)點可以通過將上游唇60a按照發(fā)散的方式斜置如同圖12所示偏轉(zhuǎn)一個角度β。這種發(fā)散角可以用來封住液珠42并調(diào)節(jié)通過液珠的壓力降。比如，據(jù)發(fā)現(xiàn)下游唇60c偏斜約0～5°是合適的，而上游唇60a偏斜約0～2°為優(yōu)選的。如同提到的，這種斜置能改善涂布過程的優(yōu)化、擴(kuò)大操作范圍并降低否則在涂布中將要求的精度。
結(jié)論是，本發(fā)明的方法和設(shè)備代表多層涂布技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的顯著進(jìn)步。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍不局限于所舉的例子和以上的說明，相反，它乃由所附權(quán)利要求界定，本發(fā)明的某些變換及修改對一個本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是不言而喻的。
權(quán)利要求
1.一種在底層物上制作多層PSA產(chǎn)品的方法，包括采用縫型涂布方法將兩層或更多層比較粘稠的PSA液體基本上同時涂布到所述底層物上的步驟。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述縫型涂布方法包括互抵涂布方法。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述縫型涂布方法包括接近涂布方法。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述液體涂層是采用模具涂到運動著的底層物上去的，所述液體的兩個相鄰?fù)繉釉谄浣缑鎱^(qū)內(nèi)二者剛剛成為鄰接的地方形成一條分離線，該方法進(jìn)一步包括如下的步驟調(diào)節(jié)該界面區(qū)內(nèi)的所述相鄰層內(nèi)的壓力梯度，使之不超過可能在所述相鄰層內(nèi)引起回流的數(shù)值。
5.權(quán)利要求4的方法，其中調(diào)節(jié)所述相鄰層內(nèi)壓力梯度的步驟包括控制所述分離線與所述模具位置的步驟，使得上層液流不致侵入到下層液流中去。
6.權(quán)利要求4的方法，還包括調(diào)節(jié)上層粘度的步驟，使之大于下層的粘度。
7.權(quán)利要求6的方法，還包括調(diào)節(jié)所述上層粘度的步驟，使之在所述底層物以較高速率運動時大于所述下層的粘度。
8.權(quán)利要求4的方法，還包括調(diào)節(jié)上層粘度的步驟，使之處于比下層粘度低50％到比所述下層粘度高100％的范圍內(nèi)。
9.權(quán)利要求4的方法，還包括調(diào)節(jié)上層粘度的步驟，使之比下層粘度高30％。
10.權(quán)利要求4的方法，還包括調(diào)節(jié)上層表面張力的步驟，使之小于下層表面張力。
11.權(quán)利要求4的方法，其中所述模具包括下游唇和上游唇，該方法還包括將所述分離線控制在所述上游唇的下游邊緣處的步驟。
12.權(quán)利要求4的方法，其中調(diào)節(jié)該界面區(qū)內(nèi)的所述相鄰層的壓力梯度的步驟包括調(diào)整所述模具與所述底層物之間的涂布間隙的步驟。
13.權(quán)利要求12的方法，還包括調(diào)整緊靠界面區(qū)下游的涂布間隙的步驟，使之大于緊靠該界面區(qū)上游的涂布間隙。
14.權(quán)利要求12的方法，其中調(diào)整涂布間隙的步驟包括調(diào)整所述模具迎角的步驟，該迎角是所述模具相對于基本上平行于所述底層物近似平面的平面的角度。
15.權(quán)利要求14的方法，其中調(diào)整涂布間隙的步驟包括調(diào)整所述模具迎角的步驟，使之沿所述底層物運動方向相對于所述底層物呈收斂。
16.權(quán)利要求12的方法，其中所述模具包括前唇、后唇以及位于所述前唇與所述后唇之間的中唇，其中調(diào)整涂布間隙的步驟還包括在所述前唇上形成一個角度的步驟，使前唇沿底層物運動方向相對于所述底層物呈收斂。
17.權(quán)利要求16的方法，還包括在所述中唇上形成一個角度的步驟，使中唇位于基本上平行于所述底層物近似平面的平面內(nèi)。
18.權(quán)利要求16的方法，還包括在所述后唇上形成一個角度的步驟，使后唇沿底層物運動方向相對于所述底層物呈發(fā)散。
19.權(quán)利要求18的方法，還包括在所述后唇上形成一個角度的步驟，使后唇沿底層物運動方向相對于該底層物呈發(fā)散。
20.一種適合用以在運動的底層物上涂布任意數(shù)目的涂層的模具，所述模具包括至少一個在所述模具的末端形成的第一唇；以及至少一個在所述模具的末端形成的第二唇，所述第二唇從底層物運動方向看位于所述第一唇的下游，所述第二唇沿著基本上垂直于并離開所述底層物的方向相對于所述第一唇縮進(jìn)。
21.權(quán)利要求12的模具，其中所述第一及第二唇位于互相平行的平面內(nèi)。
22.權(quán)利要求12的模具，其中所述第一及第二唇的平面構(gòu)成一種沿所述底層物運動方向遠(yuǎn)離所述底層物的臺階。
23.權(quán)利要求12的模具，其中所述第一及第二唇的平面位于相交的平面內(nèi)。
24.權(quán)利要求15的模具，其中所述第二唇沿所述底層物運動方向相對于所述底層物呈收斂。
25.權(quán)利要求16的模具，其中所述第二唇的所述平面與近似地平行于所述底層物平面的平面構(gòu)成一個約0～5°的角。
26.權(quán)利要求15的模具，其中所述第一唇沿所述底層物運動方向相對于所述底層物呈發(fā)散，所述第一唇的所述平面與近似地平行于所述底層物平面的平面構(gòu)成一個約0～2°的角。
27.權(quán)利要求12的模具，其中所述第一及第二唇位于兩個相隔約0～0.004英寸距離的平行平面內(nèi)。
28.權(quán)利要求12的模具，其中所述第一及第二唇總被供料間隙的末端開口隔開，所述供料間隙為約0.0254～0.381毫米。
29.權(quán)利要求12的模具，還包括在所述模具的末端形成的第三唇，所述第三唇位于從帶材運動方向看所述第一唇的上游，所述第三唇沿基本上垂直于所述底層物的方向較所述第一唇向前突出。
30.權(quán)利要求29的模具，其中所述第一、第二及第三唇位于基本上平行的平面內(nèi)，所述第一及第三唇的所述平面相隔約0～0.004英寸的距離。
31.權(quán)利要求29的模具，其中所述第一、第二及第三唇位于基本上平行的平面內(nèi)，所述第一及第三唇的所述平面相隔約0～0.008英寸的距離。
32.權(quán)利要求21的模具，其中所述第二唇的長度為約0.1～3.0毫米。
33.權(quán)利要求29的模具，其中所述第二唇的長度為約0.8～1.2毫米。
34.權(quán)利要求29的模具，其中所述第二唇的長度為約0.4～3.0毫米。
35.權(quán)利要求29的模具，其中所述第二唇的長度為約0.3～0.7毫米。
36.權(quán)利要求29的模具，其中所述第三唇的長度為約1.5～2.5毫米。
37.權(quán)利要求12的模具，其中所述模具與所述底層物的相對位置被調(diào)整成所述底層物與所述第二唇相隔一段第一距離，所述底層物與所述第一唇相隔一段第二距離，所述第一距離大于所述第二距離。
38.權(quán)利要求37的模具，其中所述第一距離為涂到所述底層物上的所述各層總厚度的約1～2倍。
39.權(quán)利要求37的模具，其中所述第二距離為涂到所述底層物上的所述下層厚度的約2～3倍。
40.權(quán)利要求37的模具，其中所述第一距離足以基本上避免在所述第二唇的下方液流中出現(xiàn)回流。
41.權(quán)利要求29的模具，其中所述第一與第二唇總被第一供料間隙的末端開口隔開，所述第二與第三唇總被第二供料間隙的末端開口隔開，所述第一與第二供料間隙所在的兩個平面構(gòu)成尖端指向底層物的、大約30°的收斂交角。
42.權(quán)利要求41的模具，其中所述第一和第二供料間隙足以基本上避免在靠近所述末端開口的所述第一和第二供料間隙內(nèi)出現(xiàn)所述液層的回流。
43.權(quán)利要求12的模具，其中所述第一與第二唇總被供料間隙的末端開口隔開，所述模具與所述底層物的相對位置被調(diào)整成所述供料間隙與基本上垂直于所述底層物的平面之間構(gòu)成一個迎角，若沿底層物運動的反方向測量該角規(guī)定為正，則所述角度為約0～-5°。
44.權(quán)利要求12的模具，其中在所述模具上形成一種壓力梯度調(diào)節(jié)要素，用以控制分離線的位置，所述分離線由兩個相鄰層剛剛成為鄰接關(guān)系的地方確定。
45.權(quán)利要求33的模具，其中所述壓力梯度調(diào)節(jié)要素是在所述第二唇上形成的。
46.權(quán)利要求33的模具，其中所述壓力梯度調(diào)節(jié)要素是在所述第一唇的下游轉(zhuǎn)角處形成的。
全文摘要
一種用于同時涂布多薄層比較粘稠流體的方法和設(shè)備，包括將壓敏膠粘劑(PSA)涂到運動的底層物上去。本發(fā)明的方法包括調(diào)整一起流出的二液流之間界面區(qū)內(nèi)的壓力梯度，以避免在其中出現(xiàn)回流。特別是調(diào)節(jié)沿著中唇的壓力梯度，使之不致過分地正，以便使上、下液流之間的分離線位于模唇上的特定點，從而提高流動穩(wěn)定性。在本發(fā)明的設(shè)備中，在模唇上形成了一種階梯構(gòu)型，沿帶材運動方向處于下游的唇逐級遠(yuǎn)離帶材。在本發(fā)明的另一個方面，液珠內(nèi)各個部位的壓力梯度是通過將上、下游唇斜置來控制的。在本發(fā)明的又一個方面，用于涂布的兩種液體的粘度在相關(guān)的剪切速率上進(jìn)行匹配，這樣就改善了涂層的質(zhì)量。
文檔編號G03C1/74GK1166144SQ95196245
公開日1997年11月26日 申請日期1995年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月16日
發(fā)明者L·薩爾托, S·C·胡夫, C·N·基希 申請人:艾弗里丹尼森有限公司