專(zhuān)利名稱(chēng)：形成塑料片材的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成塑料片材的方法和裝置。尤其是本發(fā)明涉及形成具有低殘余應(yīng)力和高表面質(zhì)量的塑料片材的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明方法形成的塑料片材特別用于光學(xué)和電子顯示應(yīng)用，例如，光學(xué)窗戶、濾光片、記錄介質(zhì)和液晶顯示(LCD)。
光學(xué)品級(jí)玻璃或石英片作為“基片”用于電子顯示應(yīng)用。在此應(yīng)用中，“基片”是用于制造電子顯示所用的材料片。這種基片可以是透明的，半透明的或不透明的，但一般是透明的。通常，這種片材在用作基片之前其上有涂施的導(dǎo)電涂層。這種基片常常有精確的光學(xué)透明度、平整度和最小雙折射特性，特別是必須具有對(duì)氣體和溶劑滲透的高度穩(wěn)定性。機(jī)械性能例如柔軟性、抗沖擊性、硬度和抗刮傷性也是重要的條件。玻璃或石英片材已被用于顯示應(yīng)用，這是因?yàn)檫@些材料能夠滿足光學(xué)和平整度的要求并且具有良好的熱和耐化學(xué)性及阻擋性，然而這些材料不具有某些所希望的機(jī)械性能，最值得注意的是低的密度、柔軟性和抗沖擊性。
由于玻璃或石英片在光學(xué)或顯示器應(yīng)用中機(jī)械性能的限制，因此在這些應(yīng)用中希望使用塑料片材。盡管塑料片材具有較高的柔軟性，而且更耐斷裂，還比相同厚度的玻璃或石英片材重量輕，然而很難以合理的成本生產(chǎn)在光學(xué)和顯示器應(yīng)用中所需要的具有所需光學(xué)特性的塑料片材。此外，許多類(lèi)型的塑料片材在制造顯示器裝置過(guò)程中當(dāng)經(jīng)受加工條件時(shí)，尤其是相對(duì)于溫度時(shí)，尺寸將會(huì)產(chǎn)生不合格變形。
有幾種商業(yè)上應(yīng)用的制造塑料片材的方法，包括鑄塑、擠出，和拉伸操作。這些方法中的幾種不適于生產(chǎn)高質(zhì)量的塑料片材。作為貫穿此說(shuō)明書(shū)所使用的術(shù)語(yǔ)“高質(zhì)量”用于說(shuō)明塑料片材具有以下特性低表面粗糙度，低波痕，低厚度變化，和極小量聚合物鏈取向(例如通過(guò)不對(duì)稱(chēng)物理性能、雙折射或熱收縮測(cè)量)。
例如，注射成型很可能產(chǎn)生大量聚合物鏈取向，尤其是薄的片材(即1mm或更小厚度)，由于熔融塑料流進(jìn)入模具，這不令人滿意地以不可忽視的光彈性系數(shù)提高了聚合物雙折射。注射壓塑是一種改進(jìn)的成型方法其允許聚合物注射后的擠壓以改進(jìn)表面質(zhì)量和降低聚合物鏈取向。然而，即使有這些改進(jìn)注射壓塑生產(chǎn)高質(zhì)量片材的能力仍受到限制。
壓塑和壓光可用于生產(chǎn)具有良好表面質(zhì)量的片材；然而，此方法中固有的擠壓流動(dòng)導(dǎo)致聚合物鏈取向其造成熱循環(huán)過(guò)程中不合格的收縮。此外這些方法不是可連續(xù)操作的因此增加了勞力和生產(chǎn)成本。
拉伸操作(例如，用于生產(chǎn)單軸或雙軸取向薄膜)和吹塑薄膜擠出固有地產(chǎn)生大量聚合物鏈取向因而不適于生產(chǎn)高質(zhì)量塑料片材。
溶劑鑄塑可用于生產(chǎn)高質(zhì)量薄膜，然而，對(duì)由此方法生產(chǎn)的薄膜的最大厚度有實(shí)際限制。另外在鑄塑中所用的溶劑在形成片材之后必須被除去。
片材擠出可連續(xù)操作運(yùn)行，但是由于在模頭中及在疊輥機(jī)中拋光輥之間的聚合物流動(dòng)特性這種方法造成不合格聚合物鏈取向。
因此仍舊需要以連續(xù)方式生產(chǎn)相對(duì)廉價(jià)高質(zhì)量塑料片材的方法，其中所得的塑料片材能用作光學(xué)和電子顯示器應(yīng)用中的基材。
本發(fā)明的目的在于一種生產(chǎn)高質(zhì)量塑料片材的方法，包括以下步驟a)提供熔融塑料樹(shù)脂；b)引導(dǎo)熔融樹(shù)脂至具有進(jìn)口和出口的溢流模頭；c)用所說(shuō)的溢流模頭成型熔融塑料樹(shù)脂為熔融料片；d)引導(dǎo)所說(shuō)的熔融料片離開(kāi)所說(shuō)的溢流模頭；和e)冷卻所說(shuō)的熔融料片形成固體片材。
本發(fā)明的目的還在于一種生產(chǎn)高質(zhì)量塑料片材的裝置，包括a)提供熔融塑料樹(shù)脂的料源；b)具有長(zhǎng)度和寬度的溢流模頭，其包括基本上呈蛋形截面頂點(diǎn)，導(dǎo)管開(kāi)口，和與所說(shuō)的導(dǎo)管開(kāi)口連接的計(jì)量裝置，其中熔融塑料樹(shù)脂通過(guò)導(dǎo)管開(kāi)口流入模頭，從計(jì)量裝置流出模頭，并圍繞模頭側(cè)面在所說(shuō)的頂點(diǎn)形成熔融料片；c)從所說(shuō)的料源輸送所說(shuō)的熔融塑料樹(shù)脂至所說(shuō)的溢流模頭的裝置；和d)用于引導(dǎo)所說(shuō)的熔融料片離開(kāi)所說(shuō)的溢流模頭的導(dǎo)向裝置。
本發(fā)明的目的還在于一種用于形成高質(zhì)量塑料片材的溢流模頭，所說(shuō)的溢流模頭具有內(nèi)部和外部并包括a)由模頭外部形成的溢流表面并包括一對(duì)模唇；b)連接到所說(shuō)的溢流表面的兩個(gè)外側(cè)面；c)由所說(shuō)的兩個(gè)外部側(cè)面匯合形成并設(shè)置在大體上在所說(shuō)的溢流表面相對(duì)位置的頂點(diǎn)，其中該模頭具有基本上蛋形的截面；d)從外部至內(nèi)部的導(dǎo)管開(kāi)口；和e)設(shè)置在模頭內(nèi)部的計(jì)量裝置，其中該計(jì)量裝置與所說(shuō)的導(dǎo)管開(kāi)口和所說(shuō)的溢流表面連接。


圖1是本發(fā)明代表性的裝置的前視圖。
圖2是圖1裝置的側(cè)視圖。
圖3A-3C是溢流模頭20的特寫(xiě)。圖3A是帶有附著加熱集料管模頭的透視圖。圖3B是模頭的頂視圖；圖3C是模頭的側(cè)視圖。
圖4是溢流模頭20的剖面圖。
圖5-7是本發(fā)明溢流模頭的另一實(shí)施方案。圖5說(shuō)明在模頭20的縫口22處具有一系列孔的溢流模頭；圖6說(shuō)明具有非錐形模縫的溢流模頭；和圖7說(shuō)明具有“衣架式”配置的溢流模頭。
作為在此說(shuō)明書(shū)中所用的以下術(shù)語(yǔ)具有以下定義，除非該內(nèi)容清楚地指明其它含義?！安ＡЩD(zhuǎn)變溫度”或“Tg”是窄溫度范圍的中間點(diǎn)，在此溫度范圍內(nèi)聚合物從相當(dāng)硬和脆變?yōu)橄喈?dāng)軟和粘(橡膠態(tài))?！八芰稀敝妇酆衔铮鐭崴苄跃酆衔?，其可形成片材。術(shù)語(yǔ)“聚合物”和“樹(shù)脂”貫穿整個(gè)說(shuō)明書(shū)可互換使用?！捌摹敝妇哂泻穸却蠹s25mm或更小的片材，并且趨于包括“薄膜”(厚度＜0.5mm)。“收縮”指不可逆尺寸變化，其出現(xiàn)在片材經(jīng)受加熱-冷卻循環(huán)中。在說(shuō)明書(shū)中使用以下的縮寫(xiě)cm＝厘米；mm＝毫米；nm＝毫微米；μ＝微米；g＝克；mL＝毫升；Pa＝帕斯卡；kPa＝千帕斯卡；Pa-s＝帕斯卡-秒；sec＝秒鐘；min＝分鐘；hrs＝小時(shí)；UV＝紫外線；IR＝紅外線。所有的溫度都是℃除非另有說(shuō)明。應(yīng)將具體范圍的兩端值理解為包括在該范圍內(nèi)，除非該內(nèi)容清楚地指明其它含義。
由本發(fā)明方法形成的高質(zhì)量塑料片材可用于許多應(yīng)用，包括但不限定用于電子顯示器裝置例如LCD和場(chǎng)致發(fā)光顯示器的基材；光學(xué)窗戶和過(guò)濾器；用于光、磁、化學(xué)或其它類(lèi)型記錄介質(zhì)的基材；用于成象，例如攝影或X-射線應(yīng)用的基材。根據(jù)由本發(fā)明的方法生產(chǎn)的特殊用途的片材，片材特性例如低收縮性，低雙折射和表面質(zhì)量在相對(duì)重要性方面不同。所希望的片材厚度也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用而變化，但是一般為大約25mm或更小，優(yōu)選10-5000μ，最優(yōu)選50-1000μ。片材厚度可以通過(guò)改變輸送熔融聚合物至模頭的速度或通過(guò)改變收卷裝置的速度而調(diào)整。在400mm長(zhǎng)樣品上的厚度變化一般是10％或更小，優(yōu)選5％或更小，最優(yōu)選1％或更小。
本發(fā)明的代表性裝置示于圖1-4。作為本領(lǐng)域熟練人員都清楚，由這些圖中所示裝置的變化在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
由料源10的熔融聚合物通過(guò)料道12被輸送到溢流模頭20(優(yōu)選由輸送裝置14控制)，其中物料通過(guò)導(dǎo)管開(kāi)口21至導(dǎo)管22被引入模頭20。當(dāng)熔融聚合物被輸送到模頭20時(shí)其溫度通過(guò)使用設(shè)置在緊鄰模頭20的加熱器15維持。當(dāng)熔融聚合物充入開(kāi)口21時(shí)其穿過(guò)計(jì)量裝置，?？p23，壓出到模唇40和41上，并圍繞模頭20的側(cè)面24和25流出。在模頭20的頂點(diǎn)26，從側(cè)面24和25流出的熔融聚合物匯合形成熔融料片27的開(kāi)端。
熔融料片27在其邊緣由兩對(duì)引導(dǎo)裝置(例如槽支撐31，32，33和34)拾起該裝置引導(dǎo)熔融料片從模頭20離開(kāi)。當(dāng)熔融料片27被從模頭20引出時(shí)，料片的溫度逐漸降到聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下結(jié)果形成冷卻的片材40。在任選的實(shí)施方案中，設(shè)置在緊鄰引導(dǎo)裝置31，32，33，34的冷卻裝置36幫助降低料片的溫度。
可以以許多方式中的任何一種來(lái)提供熔融樹(shù)脂。例如可從聚合反應(yīng)器、混合器、排氣裝置(例如閃蒸塔、落絲脫揮發(fā)組份器(falling stranddevolatilizer)或摩擦閉合薄膜蒸發(fā)器(wiped film evaporator))，或擠出機(jī)提供熔融樹(shù)脂。擠出機(jī)是優(yōu)選的，因?yàn)樗部梢宰鳛榫酆衔镙斔脱b置(參見(jiàn)以下的討論)。最優(yōu)選使用單螺桿擠出機(jī)，盡管也可以使用雙螺桿或多螺桿擠出機(jī)。如果使用雙螺桿或多螺桿擠出機(jī)，其可以是任何類(lèi)型的，例如反轉(zhuǎn)，同向旋轉(zhuǎn)，嚙合或非嚙合型。
熔融樹(shù)脂可以含有一種或多種塑料添加劑例如抗氧劑、紫外線吸收劑、紫外線穩(wěn)定劑、熒光劑或吸收染料、抗靜電添加劑、脫模劑、填料和顆粒。對(duì)于特殊樹(shù)脂的特殊用途所用添加劑的類(lèi)型和量對(duì)于塑料領(lǐng)域的熟練人員是已知的因此在此不再詳述。
加工樹(shù)脂的溫度取決于樹(shù)脂組合物并且可在加工過(guò)程中變化。該溫度必須足夠高使樹(shù)脂流動(dòng)但不高至降解塑料。操作條件將根據(jù)被加工的聚合物類(lèi)型變化，并且在本領(lǐng)域熟練人員所知的范圍內(nèi)。然而，作為一般的準(zhǔn)則，操作溫度在100和400℃之間。例如PMMA在擠出機(jī)內(nèi)加工時(shí)擠出機(jī)機(jī)筒溫度為150-260℃，熔體溫度為150-260℃。其它聚合物例如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酰亞胺也可以在相當(dāng)高的熔體溫度(200-330℃)使用。優(yōu)選在形成片材之前從熔融塑料樹(shù)脂中除去揮發(fā)性材料和不希望的顆粒物質(zhì)。這可根據(jù)本領(lǐng)域熟練人員所知的方法完成。
為了調(diào)整流動(dòng)速率和提供穿過(guò)料道12，導(dǎo)管開(kāi)口21和導(dǎo)管22至模頭20輸送熔融聚合物所需的壓力，需要用于輸送熔融聚合物恒定料流的輸送裝置14。該輸送裝置可以包括任何類(lèi)型的機(jī)械熔體泵，包括但不限于任何合適的擠出機(jī)(如以上所述)，齒輪泵，或其結(jié)合。在簡(jiǎn)單的形式中，輸送方式可以是重力加料，或靜液壓壓力。優(yōu)選使用齒輪類(lèi)型熔體泵因?yàn)樗梢钥刂屏鲃?dòng)速率并使流動(dòng)速率波動(dòng)極小化，結(jié)果造成片材厚度更均勻。另外使用熔體泵通過(guò)降低聚合物的剪切熱可以降低熔融樹(shù)脂的降解。熔體泵的溫度可以通過(guò)所用塑料樹(shù)脂來(lái)確定，其類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)擠出工藝中所用的溫度，一般在樹(shù)脂Tg以上50-200℃之間?？梢允褂靡环N以上的輸送裝置，例如，用于生產(chǎn)寬片材。在本發(fā)明中，輸送裝置應(yīng)以50-70000kPa，優(yōu)選300-7000kPa，更優(yōu)選1000-3500kPa的范圍，提供熔融聚合物至溢流模頭的入口。
該溢流模頭用于從熔融塑料樹(shù)脂形成片材。該模頭包括計(jì)量裝置和帶有聚料側(cè)面的溢流表面，其在截面中頂點(diǎn)處達(dá)到頂點(diǎn)。該模頭在縱向結(jié)構(gòu)中可以基本上是線性、曲線、橢圓形或圓形。模頭高度對(duì)寬度的比率一般應(yīng)在1∶1-10∶1，優(yōu)選2；1-5；1，更優(yōu)選2.5∶1-4∶1的范圍。長(zhǎng)度(圓周)對(duì)高度的比率一般應(yīng)至少1∶2，優(yōu)選至少2；1，最優(yōu)選至少3；1。
溢流模頭的計(jì)量結(jié)構(gòu)部分包括流動(dòng)分布元件例如孔、縫、“衣架”結(jié)構(gòu)或其結(jié)合，其控制橫穿模頭的熔融樹(shù)脂的流動(dòng)分布，從而控制片材厚度斷面。這種計(jì)量結(jié)構(gòu)的例子在圖5-7中說(shuō)明?？梢允褂帽绢I(lǐng)域那些熟練人員所知的其它計(jì)量結(jié)構(gòu)。優(yōu)選縫結(jié)構(gòu)。模頭的長(zhǎng)度取決于要制造的片材寬度，但平均縫隙(縫23的平均寬度)對(duì)平均導(dǎo)管直徑(導(dǎo)管22的平均直徑)的比率一般應(yīng)至少1；5，優(yōu)選至少1∶10，最優(yōu)選至少1；20。對(duì)于具有完成厚度為1mm或更小的片材，優(yōu)選基本上恒定的橫穿模頭縫寬度。對(duì)于較大的厚度，優(yōu)選錐形?？p，其中該模縫在進(jìn)料端較薄，在另一邊較厚。如果希望寬片材，可在模頭兩端設(shè)置導(dǎo)管開(kāi)口21和21’(參見(jiàn)圖6)，并且可以在兩端有斜削的?？p23。
溢流表面由模頭20的外表面形成并包括一對(duì)模唇，40和41，其與進(jìn)料結(jié)構(gòu)連接并直接將熔融聚合物射向匯合側(cè)面，24和25。該匯合側(cè)面直接將熔融料流射向頂點(diǎn)26，在該處熔融料片從模頭離去。盡管溢流表面可以起紋理或是平滑的，但是優(yōu)選是平滑的。此外，溢流表面優(yōu)選高度拋光以使片材中的變形和疵點(diǎn)極小化。溢流表面可用涂層處理(例如電鍍或其它沉積技術(shù))以改進(jìn)模頭表面光滑度，提供耐腐蝕性，或改進(jìn)流過(guò)模頭的流動(dòng)性能。
模頭結(jié)構(gòu)的材料是重要的。優(yōu)選金屬因?yàn)樗鼈兊臒醾鲗?dǎo)性高，耐腐蝕性好，模量高，而且可被拋光。然而，就原理而論可以使用其它材料例如玻璃和陶瓷。優(yōu)選使用不銹鋼或工具鋼。
如果想要非平面片材，可使用本領(lǐng)域熟練人員已知的方法因此而改進(jìn)模頭幾何構(gòu)型。例如，如果想要曲面片材，模頭可沿著其縱向軸線成曲線狀。
一般，希望維持熔融塑料的粘度(對(duì)于10秒-1的剪切速率)在10和100000泊之間，優(yōu)選在50和10000泊之間，最優(yōu)選在100和5000泊之間。另外，每單位模頭長(zhǎng)度的熔體流動(dòng)速率(流動(dòng)速率除以長(zhǎng)度)一般在1.0×10-3-10g/s/cm，優(yōu)選在1.0×10-2-10g/s/cm，最優(yōu)選在2.0×10-2-2.0×10-1g/s/cm的范圍。粘度可通過(guò)改變溫度進(jìn)行控制。根據(jù)模頭設(shè)計(jì)，溫度控制或多或少是重要的。穿過(guò)模頭的溫度越均勻，片材的厚度越均勻。由模頭長(zhǎng)度下不均勻的溫度分布造成的厚度變化可通過(guò)改變?？p或其它計(jì)量結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)而極小化。溫度控制可以通過(guò)例如，一種或多種以下的裝置而實(shí)現(xiàn)電加熱筒、紅外線燈加熱器、加熱的油(或其它熱傳導(dǎo)流體)、熱管、或微波加熱器。加熱的油或其它熱傳導(dǎo)流體是優(yōu)選的，因?yàn)闇囟瓤梢酝ㄟ^(guò)恒溫器控制因此溫度的均勻性易于實(shí)現(xiàn)。為使溫度波動(dòng)極小化模頭優(yōu)選在特別封閉區(qū)域內(nèi)遮蔽。
優(yōu)選的，但不是必須的是，熔融塑料料流在經(jīng)過(guò)模頭之后向下流動(dòng)，因?yàn)橄蛳铝鲃?dòng)可通過(guò)重力實(shí)現(xiàn)。流動(dòng)速率通過(guò)重力的作用結(jié)合引出裝置所施加的張力來(lái)確定。通過(guò)將塑料料流向下導(dǎo)向越過(guò)模頭，重力作用在如片材流動(dòng)的相同方向，由此降低了引出裝置中所需的張力并改進(jìn)了片材質(zhì)量。經(jīng)過(guò)模頭之后的熔融塑料處于稱(chēng)為“料片”的形式。
引出裝置從模頭以控制的速度輸送熔融塑料料片并使料片冷卻。該引出裝置可以是，例如輥或“槽形支撐”結(jié)構(gòu)，由此僅僅片材的外緣與引出裝置接觸。“槽形支撐”結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的，因?yàn)槠涫蛊谋砻娴墓饣冗_(dá)到最大化。槽形支撐結(jié)構(gòu)作為圖1和2的裝置的零件圖解說(shuō)明為31，32，33和34。
引出裝置控制塑料片材被生產(chǎn)的速度，其在給定的聚合物流動(dòng)速率確定片材的厚度；因此引出裝置速度的控制是十分重要的。引出裝置也支撐片材的重量，由此保持恒定的片材寬度和厚度。希望將引出裝置放置在盡可能靠近模頭的位置致使未支撐的熔融樹(shù)脂的量極小化。從模頭頂點(diǎn)至引出系統(tǒng)的距離(例如在槽形支撐結(jié)構(gòu)頂部的輥隙區(qū)域)一般＜25cm，優(yōu)選＜10cm，最優(yōu)選＜5cm。
片材引出速度根據(jù)所希望的片材類(lèi)型，和厚度而變化。例如，對(duì)于0.4mm厚的片材，片材引出速度一般在10-1000cm/min，優(yōu)選20-200cm/min，最優(yōu)選50-100cm/min的范圍；而對(duì)于1mm厚的片材，片材引出速度一般在5-500cm/min，優(yōu)選10-100cm/min，最優(yōu)選25-50cm/min的范圍。在類(lèi)似的方式中，在彎曲之前，在引出系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行冷卻期間滯留時(shí)間將變化。例如對(duì)于0.4mm厚的片材，彎曲之前的滯留時(shí)間一般≥10sec，優(yōu)選≥1min，最優(yōu)選≥2min；而對(duì)于0.2mm厚的片材，滯留時(shí)間一般≥5sec，優(yōu)選≥30sec，最優(yōu)選≥1min。
在由引出系統(tǒng)輸送過(guò)程中可以通過(guò)自然對(duì)流，或強(qiáng)力對(duì)流冷卻塑料片材。自然對(duì)流包括片材穿過(guò)空氣或流體浴過(guò)程中的被動(dòng)冷卻。強(qiáng)力對(duì)流通過(guò)沿著或?qū)χ谋盟突虼等霟醾鲗?dǎo)流體完成以增強(qiáng)熱傳導(dǎo)。對(duì)于使片材起波紋和表面缺陷極小化優(yōu)選利用風(fēng)機(jī)和增壓結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)力氣體對(duì)流。優(yōu)選使用干凈流體(沒(méi)有顆粒)冷卻片材防止表面弄臟或暇疵。例如對(duì)于用空氣或氣體冷卻的目的可以使用HEPA纖維。對(duì)于片材的冷卻可以使用任何流體或流體的結(jié)合，只要所用的流體對(duì)被加工的塑料片材無(wú)害即可。有用的冷卻流體的例子是空氣、氮?dú)狻⑺?、油，和二元醇?？梢酝ㄟ^(guò)使用適宜的冷卻劑(當(dāng)其離開(kāi)冷卻裕時(shí)起涂層的作用并在塑料片材上作為薄膜沉積)將冷卻工藝與涂覆工藝結(jié)合。
本領(lǐng)域的那些熟練人員可以判明以下各種可選擇的裝置均可用作引出裝置?？蛇x擇的裝置的例子包括常規(guī)的薄膜加工裝置例如薄膜收卷機(jī)、邊緣切割機(jī)、片材切割機(jī)，和包裝裝置。另外，可以利用其它下游裝置，例如成形裝置、涂覆裝置、裝潢裝置，和層壓裝置。
本發(fā)明的方法可用于任何適用的塑料樹(shù)脂，優(yōu)選用于熱塑性樹(shù)脂。熱塑性樹(shù)脂是當(dāng)暴露于熱時(shí)可逆軟化而冷卻時(shí)變硬的聚合物樹(shù)脂。熱塑性樹(shù)脂可以是線性或基本上不交聯(lián)的支鏈聚合物。優(yōu)選的是用于本發(fā)明方法的熱塑性樹(shù)脂實(shí)際上不交聯(lián)并在熔融加工溫度(即，具有104數(shù)量級(jí)泊的粘度)具有熱穩(wěn)定性(滯留時(shí)間高達(dá)10分鐘或更多)。可用于本發(fā)明方法的熱塑性樹(shù)脂的例子包括但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸和其酯的均聚物或共聚物，它們包括但不限于與苯乙烯和其衍生物，N-烷基馬來(lái)酰亞胺、丙烯腈，和醋酸乙烯酯所形成的共聚物；苯氧基醚；聚苯氧樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂；纖維素樹(shù)脂；乙烯基樹(shù)脂例如聚氯乙烯(PVC)；氟聚合物例如氟化乙烯-丙烯和聚(偏二氟乙烯)；聚碳酸酯；聚苯乙烯；聚烯烴例如聚乙烯、聚丙烯、聚-4-甲基戊烯-1，并包括環(huán)烯烴；聚砜；聚醚砜；聚醚酮；聚醚酰亞胺，聚苯硫；聚亞芳基酯樹(shù)脂；聚酯；N-H和/或N-烷基戊二酰亞胺的均聚物或共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹(shù)脂(“ABS”)；苯乙烯-丙烯腈樹(shù)脂(“SAN”)；苯乙烯-馬來(lái)酸酐樹(shù)脂(“SMA”)；酰亞胺化的SMA；和聚酰胺(“尼龍”)。也可以使用熱塑性樹(shù)脂的混合物。特別有用的熱塑性樹(shù)脂混合物包括，例如SAN-聚戊二酰亞胺、聚碳酸酯-聚酯、PMMA-聚(偏二氟乙烯)和聚苯乙烯-聚(苯氧)。乙烯的用于本發(fā)明的方法和裝置的樹(shù)脂是聚碳酸酯；線性丙烯酸均聚物和共聚物；環(huán)聚烯烴；和線性酰亞胺化的丙烯酸均聚物和共聚物例如在US4727117(Hallden-Abberton等人)和US4246374(Kopchik)中揭示的那些聚合物。
用于本發(fā)明的塑料樹(shù)脂一般來(lái)自加成聚合或縮合聚合工藝。加成聚合工藝包括本體聚合和在水中或有機(jī)溶劑介質(zhì)中的溶液聚合或分散聚合，這種工藝是本領(lǐng)域熟知的并且可引入陽(yáng)離子、陰離子、或游離基引發(fā)和鏈增長(zhǎng)反應(yīng)?？s合聚合工藝包括本體、溶液和分散聚合工藝。由本體聚合以外的聚合工藝形成的塑料樹(shù)脂可能需要后處理以便離析樹(shù)脂。
以下的例子用于進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)方面，但是在任何方面都不限制本發(fā)明的范圍。
例1丙烯酸酯類(lèi)薄膜的制備此例說(shuō)明本發(fā)明用于生產(chǎn)光學(xué)品級(jí)丙烯酸酯類(lèi)片材的方法。
將具有平均分子量110000的PMMA樹(shù)脂不足喂料至2英寸(5厘米)直徑單螺桿排氣兩步擠出機(jī)，該擠出機(jī)具有30∶1的長(zhǎng)徑比并用定容喂料器以3.1g/s的速率喂料。該擠出機(jī)螺筒具有從204℃(在加料端)至274℃(在排料端)的溫度分布。樹(shù)脂用在720-750mmHg運(yùn)行的排氣口排氣。螺桿以30rpm旋轉(zhuǎn)。使用齒輪型熔體泵泵送熔融樹(shù)脂穿過(guò)網(wǎng)疊過(guò)濾器至12”(30厘米)長(zhǎng)溢流模頭，其具有1.27厘米直徑內(nèi)部導(dǎo)管和一系列間隔1.27厘米的計(jì)量孔22。計(jì)量孔的直徑從模頭加料端3.18mm增大至下游端3.73mm。熔體泵網(wǎng)疊是274℃。熔體泵的抽吸壓力是2100kPa，熔體泵的排料壓力大約是4100kPa。溢流模頭內(nèi)部用三個(gè)筒式電加熱器加熱，外部用三個(gè)紅外加熱單元加熱至274℃。在模頭頂點(diǎn)形成的熔融料片用兩對(duì)槽形支撐輸送，并用由兩臺(tái)壓力通風(fēng)系統(tǒng)施加的強(qiáng)制冷卻空氣冷卻。所得的片材具有0.325mm的厚度，14.6nm的表面粗糙度Rq，和＜5nm的光學(xué)阻滯性。
例2酰亞胺化丙烯酸酯類(lèi)片材的制備此例說(shuō)明用于生產(chǎn)光學(xué)品級(jí)丙烯酸酯類(lèi)片材的本發(fā)明方法。
將一種具有重均分子量為97500和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為大約180℃的封端的酰亞胺化丙烯酸酯樹(shù)脂不足加料至2英寸(5厘米)直徑單螺桿排氣兩步擠出機(jī)，該擠出機(jī)具有30∶1的長(zhǎng)徑比并用計(jì)重喂料器以2.5g/s的速率喂料。該擠出機(jī)螺筒具有從246℃(在加料端)至329℃(在排料端)的溫度分布。樹(shù)脂用在720-750mm Hg運(yùn)行的排氣口排氣。螺桿以30rpm旋轉(zhuǎn)。使用齒輪型熔體泵泵送熔融樹(shù)脂穿過(guò)網(wǎng)疊過(guò)濾器至25.5英寸(65厘米)長(zhǎng)溢流模頭，其具有1.588厘米直徑內(nèi)部導(dǎo)管和16英寸(40厘米)長(zhǎng)縫，其錐形從0.038-0.042英寸(0.965-1.067mm)。熔體泵的溫度是329℃。熔體泵的抽吸壓力大約是4100kPa。熔體泵的排料壓力大約是1650kPa。模頭通過(guò)模頭內(nèi)部的孔用熱油系統(tǒng)加熱(油溫＝343℃)，圍繞模頭的空氣用強(qiáng)力氣體烘箱(溫度＝280℃)加熱。在模頭頂點(diǎn)形成的熔融料片用兩對(duì)槽形支撐以1.2cm/s的速度輸送，并用室內(nèi)空氣的自然對(duì)流進(jìn)行冷卻。
從冷卻的片材切割200mm×200mm的試樣并進(jìn)行測(cè)試。所得的片材具有0.390mm的厚度，偏差±0.015mm。表面波痕Wy和Wq分別是＜0.5μ和0.18μ，表面粗糙度Rq是7.6nm，光學(xué)阻滯性是＜6nm的。在160℃測(cè)量的熱收縮是0.03％或更小。
例3聚碳酸酯片材的制備此例說(shuō)明用于生產(chǎn)光學(xué)品級(jí)聚碳酸酯片材的本發(fā)明方法。
將擠出級(jí)聚碳酸酯樹(shù)脂(GE Lexan 101)不足加料至不足加料至2英寸(5厘米)直徑單螺桿排氣兩步擠出機(jī)，該擠出機(jī)具有30∶1的長(zhǎng)徑比并用計(jì)重喂料器以4.4g/s的速率喂料。該擠出機(jī)螺筒具有從232℃(在加料端)至315℃(在排料端)的溫度分布。樹(shù)脂用在720-750mm Hg運(yùn)行的排氣口排氣。螺桿以30rpm旋轉(zhuǎn)。使用齒輪型熔體泵泵送熔融樹(shù)脂穿過(guò)網(wǎng)疊過(guò)濾器至37.5英寸(95厘米)長(zhǎng)溢流模頭，其具有1.905厘米直徑內(nèi)部導(dǎo)管和28英寸(71厘米)長(zhǎng)縫，其錐形從0.038-0.045英寸(0.965-1.143mm)。熔體泵溫度為315℃，熔體泵的抽吸壓力約為3400KPa。熔體泵的排料壓力大約是1300kPa。模頭通過(guò)模頭內(nèi)部的孔用熱油系統(tǒng)加熱(油溫＝315℃)，圍繞模頭的空氣用強(qiáng)力氣體烘箱(溫度＝260℃)加熱。在模頭頂點(diǎn)形成的熔融料片用兩對(duì)槽形支撐以1.2cm/s的速度輸送，并用室內(nèi)空氣的自然對(duì)流進(jìn)行冷卻。
從冷卻的片材切割400mm×400mm的試樣并進(jìn)行測(cè)試。所得的片材具有0.43mm的厚度，在橫向和機(jī)器方向的偏差±0.02mm。Wy是＜1μ，Wq是＜0.15μ，表面粗糙度Rq是＜10nm，平均光學(xué)阻滯性是20nm，偏差是10nm。在130℃測(cè)量的熱收縮是0.02％。
例4聚碳酸酯薄膜的制備此例說(shuō)明用于生產(chǎn)光學(xué)品級(jí)聚碳酸酯薄膜的本發(fā)明方法。
將擠出級(jí)聚碳酸酯樹(shù)脂(GE Lexan 101)不足加料至不足加料至2英寸(5厘米)直徑單螺桿排氣兩步擠出機(jī)，該擠出機(jī)具有30∶1的長(zhǎng)徑比并用計(jì)重喂料器以2.5g/s的速率喂料。該擠出機(jī)螺筒具有從232℃(在加料端)至315℃(在排料端)的溫度分布。樹(shù)脂用在720-750mm Hg運(yùn)行的排氣口排氣。螺桿以30rpm旋轉(zhuǎn)。使用齒輪型熔體泵泵送熔融樹(shù)脂穿過(guò)網(wǎng)疊過(guò)濾器至37.5英寸(95厘米)長(zhǎng)溢流模頭，其具有1.905厘米直徑內(nèi)部導(dǎo)管和28英寸(71厘米)長(zhǎng)縫，其錐形從0.038-0.045英寸(0.965-1.143mm)。熔體泵溫度為315℃，熔體泵的抽吸壓力約為3400KPa。熔體泵的排料壓力大約是1300kPa。模頭通過(guò)模頭內(nèi)部的孔用熱油系統(tǒng)加熱(油溫＝315℃)，圍繞模頭的空氣用強(qiáng)力氣體烘箱(溫度＝250℃)加熱。在模頭頂點(diǎn)形成的熔融料片用兩對(duì)槽形支撐以3.1cm/s的速度輸送，并用室內(nèi)空氣的自然對(duì)流進(jìn)行冷卻。
從冷卻的片材切割400mm×400mm的試樣并進(jìn)行測(cè)試。所得的片材具有54μ的厚度，在橫向和機(jī)器方向的偏差±4μ。光學(xué)阻滯性＜10nm。
測(cè)試方法以下的測(cè)試方法用于測(cè)試在以上例子中制成的片材。本領(lǐng)域中都明白這些測(cè)試方法實(shí)際上只是例舉，其結(jié)果與方法無(wú)關(guān)。
光學(xué)阻滯性在632.8nm波長(zhǎng)的光的阻滯性按以下方式確定。偏振激光束(根據(jù)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)在-45°偏振)穿過(guò)塑料片材，然后穿過(guò)在實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中與設(shè)定為0°的光軸線取向的光彈性調(diào)制器(PEM)(型號(hào)PEM-90，HindsInstruments，Inc；Hillsboro，Oregon)。PEM電壓設(shè)定為1/4光波阻滯性(158.2nm)。此光然后穿過(guò)第二線性偏振器(偏振軸線+45°)并用硅二極管探測(cè)器(型號(hào)PDA-50，Thorlabs Inc.；Newton，New Jersey)探測(cè)亮度。調(diào)制PEM和探測(cè)器，并對(duì)來(lái)自探測(cè)器的信號(hào)經(jīng)鎖定放大器(型號(hào)5210，EG&G Princeton Applied Research；Princeton，New Jersey)進(jìn)行處理。將塑料片材垂直激光束轉(zhuǎn)動(dòng)以找到最大信號(hào)。通過(guò)對(duì)比最大信號(hào)與所測(cè)量的對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)1/4光波板的信號(hào)來(lái)確定阻滯性。
可通過(guò)等分材料的光阻滯性與其厚度的積來(lái)得到材料的雙折射。例如如果光阻滯性對(duì)于0.4毫米厚的塑料片材是4nm，則該材料的雙折射是0.00001。對(duì)于由本發(fā)明方法制成的光學(xué)品級(jí)塑料片材，材料的雙折射如果≤0.0002，優(yōu)選≤0.00005，最優(yōu)選≤0.00001則被認(rèn)為是低的。
片材波痕使用觸頭靠模(Surfanalyzer System 5000，F(xiàn)ederalProducts；Providence，Rhode Island)按照類(lèi)似SEMI Standard D15-1296的程序測(cè)量片材波痕(Wy和Wq)。測(cè)量靠模用Gaussian長(zhǎng)波長(zhǎng)斷開(kāi)裝置(8mm)進(jìn)行數(shù)字濾波。Wy在20mm樣品長(zhǎng)度內(nèi)最大和最小值之間的差，Wq是從8mm計(jì)算的平均長(zhǎng)，和80mm測(cè)定長(zhǎng)度的平均值的濾波靠模的均方根差。對(duì)于由本發(fā)明方法生產(chǎn)的光學(xué)品級(jí)片材，Wy應(yīng)該≤1.0μ，優(yōu)選≤0.2μ，更優(yōu)選≤0.05μ。
片材粗糙度使用觸頭靠模(Dektak 3-30，Veeco/Sloan，Santa Barbara，CA)按照類(lèi)似SEMI Standard D7-94的程序測(cè)量片材粗糙度(Rq)。測(cè)量靠模用Gaussian長(zhǎng)波長(zhǎng)斷開(kāi)裝置(0.8mm)和短波長(zhǎng)斷開(kāi)裝置(0.0025mm)進(jìn)行數(shù)字濾波。測(cè)定長(zhǎng)度是0.4mm。粗糙度參數(shù)(Rq)是平均線濾波外形的平均均方根偏差。記錄三個(gè)不同測(cè)量值的平均值。對(duì)于由本發(fā)明方法生產(chǎn)的光學(xué)品級(jí)片材，Rq應(yīng)該≤50nm，優(yōu)選≤10mm，更優(yōu)選≤5nm。
收縮率在熱處理之前和之后通過(guò)直接測(cè)量樣品長(zhǎng)度而測(cè)定收縮率。進(jìn)行多次測(cè)量以確定干燥塑料件的長(zhǎng)度。測(cè)量值的精確度是0.005％。將樣品加熱至其Tg以下的設(shè)定溫度保持4小時(shí)。當(dāng)冷卻到室溫時(shí)，通過(guò)多次測(cè)量再次測(cè)定該長(zhǎng)度。記錄在加熱循環(huán)之前和之后長(zhǎng)度的百分變化作為收縮率。對(duì)于由本發(fā)明方法生產(chǎn)的光學(xué)品級(jí)片材，收縮率應(yīng)≤0.05％，優(yōu)選≤0.02％，最優(yōu)選≤0.005％。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)高質(zhì)量塑料片材的裝置，包括a)提供熔融塑料樹(shù)脂的料源；b)具有長(zhǎng)度和寬度的溢流模頭，其包括基本上呈蛋形以頂點(diǎn)終結(jié)的截面，導(dǎo)管開(kāi)口，和與所說(shuō)的導(dǎo)管開(kāi)口連接的計(jì)量裝置，其中熔融塑料樹(shù)脂通過(guò)導(dǎo)管開(kāi)口流入模頭，從計(jì)量裝置流出模頭，并圍繞模頭側(cè)面在所說(shuō)的頂點(diǎn)形成熔融料片；c)從所說(shuō)的料源輸送所說(shuō)的熔融塑料樹(shù)脂至所說(shuō)的溢流模頭的裝置；和d)用于引導(dǎo)所說(shuō)的熔融料片離開(kāi)所說(shuō)的溢流模頭的導(dǎo)向裝置。
2.權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括從所說(shuō)的料源輸送所說(shuō)的熔融塑料樹(shù)脂至所說(shuō)的溢流模頭的輸送裝置。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中輸送裝置包括齒輪型熔體泵。
4.權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括過(guò)濾器以除去雜質(zhì)顆粒，所說(shuō)的過(guò)濾器設(shè)置在所說(shuō)的料源和所說(shuō)的溢流模頭之間。
5.權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括靠近所說(shuō)的導(dǎo)向裝置的冷卻裝置。
6.一種用于形成高質(zhì)量塑料片材的溢流模頭，所說(shuō)的溢流模頭具有內(nèi)部和外部并包括a)由模頭外部形成的溢流表面并包括一對(duì)模唇；b)連接到所說(shuō)的溢流表面的兩個(gè)外側(cè)面；c)由所說(shuō)的兩個(gè)外部側(cè)面匯合形成并設(shè)置在大體上在所說(shuō)的溢流表面相對(duì)位置的頂點(diǎn)，其中該模頭具有基本上蛋形的截面；d)從外部至內(nèi)部的導(dǎo)管開(kāi)口；和e)設(shè)置在模頭內(nèi)部的計(jì)量裝置，其中該計(jì)量裝置與所說(shuō)的導(dǎo)管開(kāi)口和所說(shuō)的溢流表面連接。
全文摘要
揭示一種以連續(xù)方式形成光學(xué)品級(jí)塑料片材的方法和裝置,其中生產(chǎn)的塑料片材能用于各種光學(xué)和電子顯示器應(yīng)用。
文檔編號(hào)B29C47/34GK1361001SQ01144010
公開(kāi)日2002年7月31日 申請(qǐng)日期2001年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月7日
發(fā)明者S·D·菲爾滋, J·R·加利昂 申請(qǐng)人:羅姆和哈斯公司