專利名稱：成型擠出復(fù)制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于成型擠出復(fù)制的方法、擠出復(fù)制的膜，以及用于成型擠出復(fù)制的裝置。
背景技術(shù)：
擠出復(fù)制為ー種常用的方法，其中樹脂在擠出機(jī)中熔融，在模頭中成形為熔融物料(例如片材)，然后在兩個表面(如兩個輥或兩個束帯)之間澆鑄或壓制以形成膜。當(dāng)使用輥時，一個輥通常具有平滑表面，且第二個輥常常具有結(jié)構(gòu)化表面。兩個輥之間的高輥隙負(fù)載驅(qū)使熔融樹脂進(jìn)入結(jié)構(gòu)化表面中的凹型區(qū)域。所得膜具有結(jié)構(gòu)化輥表面上的圖像的負(fù)像。在這種膜上的復(fù)制結(jié)構(gòu)具有不同的精確水平，所述精確水平取決于在擠出過程中所用的多種因素。影響精確水平的關(guān)鍵變量包括熔融樹脂和兩個輥的溫度、當(dāng)材料經(jīng)過輥之間時施加至所述材料的輥隙力，以及輥和熔融樹脂的材料特性(例如包括樹脂的粘度)。擠出復(fù)制常常涉及制備在ー側(cè)或兩側(cè)上具有分立的特征的膜。否則，膜通常為基本上平面的，并具有基本上恒定的厚度。難以制備具有精確成形的特征的膜，相比于平均基部厚度，所述精確成形的特征厚度較大。具有突出結(jié)構(gòu)特征(相比于膜的平均基部厚度，所述突出結(jié)構(gòu)特征較大)的擠出復(fù)制膜在與所述結(jié)構(gòu)特征的側(cè)面相對的膜的側(cè)面中常常含有缺陷，如凹陷，這可能由于在大的特征的形成過程中樹脂不完全流入復(fù)制工具表面。

發(fā)明內(nèi)容
需要能夠制備具有精確成形的特征的膜的另外的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例，用于制備結(jié)構(gòu)化膜的方法包括如下步驟(a)將熔融材料擠出通過具有至少ー個成型模唇的擠出模頭，以形成熔融擠出物，所述熔融擠出物具有第一和第二主擠出物表面，并在所述第一主擠出物表面中具有第一結(jié)構(gòu)特征；(b)使所述熔融擠出物接觸包括ー個或多個第二結(jié)構(gòu)特征的工具表面，以使得在所述第一主擠出物表面中的第一結(jié)構(gòu)特征的一部分接觸工具表面上的ー個或多個第二結(jié)構(gòu)特征；以及(C)冷卻所述熔融擠出物以形成結(jié)構(gòu)化膜。在本發(fā)明的另ー實(shí)施例中，描述了ー種用于擠出復(fù)制的裝置，所述裝置包括擠出機(jī)，所述擠出機(jī)配備具有至少ー個成型模唇的成型擠出模頭；以及工具，所述工具具有設(shè)置用以接收來自成型擠出模頭的熔融擠出物的結(jié)構(gòu)化表面。當(dāng)術(shù)語“包含”及其變型型式出現(xiàn)在說明書和權(quán)利要求書中時，這些術(shù)語不具有限制性含義。
詞語“優(yōu)選的”和“優(yōu)選地”是指在某些情況下可以提供某些有益效果的本發(fā)明的實(shí)施例。然而，在相同的情況或其他情況下，其他實(shí)施例也可以是優(yōu)選的。此外，對ー個或多個優(yōu)選實(shí)施例的表述并不暗示其他實(shí)施例是不可用的，且并非意圖將其他實(shí)施例排除在本發(fā)明范圍之外。本文所用的“ー種(個)”、“所述(該)”、“至少ー種(個)”以及“ー種或多種(ー個或多個)”可互換使用。因此，例如，包括“ー種(個)”結(jié)構(gòu)特征的擠出物可解釋為意指擠出物包括“ー種或多種(ー個或多個)”結(jié)構(gòu)特征。如本文所用，術(shù)語“或”通常是以其包括“和/或”的含義使用，除非所述內(nèi)容另外明確指出。術(shù)語“和/或”意指所列要素的ー個或全部，或所列要素的任何兩個或更多個的組合。如本文中所用，所有數(shù)字假定由術(shù)語“約”修飾，并優(yōu)選由術(shù)語“精確地”修飾。盡 管闡述本發(fā)明寬范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是近似值，仍盡可能精確地記錄具體實(shí)例中所述的數(shù)值。但是，所有數(shù)值自然地含有某些不可避免地由存在于各自的試驗(yàn)測量中的標(biāo)準(zhǔn)偏差所導(dǎo)致的誤差。還有，本文通過端點(diǎn)表述的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)的所有數(shù)值(比如，I到5包含
I、I. 5、2、2· 75,3,3. 80、4、5等)。此外，包括“最高至”特定值的數(shù)值范圍包括該值。上述發(fā)明內(nèi)容并非g在描述本發(fā)明的每ー個可能的實(shí)施例或?qū)嵤┓绞?。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱讀包括具體實(shí)施方式
、非限制性實(shí)例和所附權(quán)利要求書在內(nèi)的本文其余部分之后將會理解本發(fā)明。


圖I為用于擠出復(fù)制的裝置的示意圖。圖2為例如用于本發(fā)明所公開的裝置中的具有模頭插件的模頭的剖面透視圖。圖3為從模頭插件出ロ觀察的用于形成根據(jù)本發(fā)明所公開的裝置的膜的模頭插件的透視圖。圖4為顯示凹槽特征的結(jié)構(gòu)化輥的透視圖。圖5為本發(fā)明的熔融擠出物的不完全的頂部透視圖，其顯示了在第一主擠出物表面上的結(jié)構(gòu)特征。圖6為圖5中所示的構(gòu)造的不完全的底部透視圖。圖7為通常沿著圖5的線7— 7獲得的橫截面圖。圖8為本發(fā)明的熔融擠出物的替代實(shí)施例的橫截面圖。圖9為本發(fā)明的熔融擠出物的另ー替代實(shí)施例的橫截面圖。圖IOA和IOB為顯示薄膜中的大特征的擠出復(fù)制的現(xiàn)有技術(shù)的示意圖。圖IIA和IlB為顯示擠出物上的結(jié)構(gòu)特征與工具表面上的結(jié)構(gòu)特征的協(xié)調(diào)的示意圖。圖12A-D顯示了本發(fā)明的復(fù)制過程的實(shí)施例。圖13A-C顯示了具有正弦凹槽的本發(fā)明的制品的實(shí)施例。圖14為在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的幅材中的正弦凹槽圖案的俯視圖。圖15為根據(jù)本發(fā)明的成型模唇的部分視圖。
在多張圖中，附圖標(biāo)記用于辨識所述實(shí)施例的元件，且類似的附圖標(biāo)記通常表示類似的元件。除非另外指明，否則本文檔中的所有圖形和繪圖均未按比例繪制，而是僅提供用于示出本發(fā)明的不同實(shí)施例的目的。具體地講，除非另外指明，否則僅用示例性術(shù)語描述各種部件的尺寸，并且不應(yīng)從附圖推斷各種部件的尺寸之間的關(guān)系。盡管在本發(fā)明中可使用例如“頂部”、“底部”、“上面”、“下面”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向內(nèi)”、“向上”、“向下”和“第一”和“第二”的術(shù)語，但應(yīng)當(dāng)理解，除非另外指明，否則這些術(shù)語以其相對含義使用。具體地講，在一些實(shí)施例中，某些組件是以可互換方式和/或個數(shù)相等(例如，成對)的方式存在的。對于這些組件，“第一”和“第二”的名稱可適用于使用順序，如本文所述(與哪ー個組件首先被選擇使用不相關(guān))。
具體實(shí)施例方式應(yīng)理解，用于描述本文的各個實(shí)施例的術(shù)語g在具有與本領(lǐng)域技術(shù)人員的使用一致的含義。然而，某些術(shù)語應(yīng)理解為具有本文所述的特定含義?！敖Y(jié)構(gòu)化表面”意指制品的表面(包括擠出材料(“擠出物”)的表面以及工具的表 面)偏離基本上平面或其他平滑的表面。當(dāng)描述工具時，結(jié)構(gòu)化表面可包括特征，如凹槽、隆起、幾何形狀、其他結(jié)構(gòu)等。當(dāng)用于描述擠出材料時，結(jié)構(gòu)化表面可由具有不同厚度的分立區(qū)域的存在表示，如具有第一和第二區(qū)域的擠出物，其中所述第一區(qū)域比所述第二區(qū)域更厚，或者反之亦然。在一些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)化表面可描述為具有至少ー個厚區(qū)域和至少ー個薄區(qū)域，且所述厚區(qū)域和薄區(qū)域可在整個擠出物的表面上散布?！叭廴凇痹诒疚挠糜诿枋霾牧希霾牧显谄滠浕c(diǎn)以上的溫度下，并具有足夠低的粘度以在壓力下流動。如下描述了方法的各種實(shí)施例，所述方法組合了如下步驟(a)將熔融材料擠出通過成型模頭，(b)使熔融擠出物與包括一個或多個結(jié)構(gòu)特征的工具表面接觸，以及(C)冷卻所述擠出物以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化膜。示例性實(shí)施例包括將擠出物的主表面中的結(jié)構(gòu)特征與工具表面上的ー個或多個結(jié)構(gòu)特征對齊。圖I顯示了用于進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的擠出復(fù)制過程的裝置10的一個實(shí)施例的示意圖。裝置10包括擠出機(jī)11和成型模頭12，熔融樹脂通過所述成型模頭12擠出為熔融擠出物13。熔融擠出物13從模頭12前進(jìn)至點(diǎn)Pa，在該點(diǎn)，擠出物經(jīng)過在第一方向上(如箭頭A1所示)旋轉(zhuǎn)的棍隙14和在相對方向上(如箭頭A2所示)旋轉(zhuǎn)的工具棍15之間。在點(diǎn)Pa*,壓料輥14驅(qū)使熔融擠出物13的一部分與在工具輥15的外表面16上的ー個或多個結(jié)構(gòu)特征(未顯示)接觸。在本實(shí)施例中，壓料輥14的外表面17為平滑的，且在ー些實(shí)施例中用適形材料(例如有機(jī)硅或EPDM)涂布。當(dāng)壓料輥14和工具輥15旋轉(zhuǎn)吋，壓料輥14的外表面17旋轉(zhuǎn)前進(jìn)至熔融擠出物13中，然后從熔融擠出物13離開。當(dāng)擠出物13前進(jìn)超過輥隙時，其開始硬化(例如在約點(diǎn)Pb處)。直至約點(diǎn)！^處，熔融擠出物13基本上硬化，然后其與在由箭頭A3所示的方向上旋轉(zhuǎn)的輸送輥18接觸。在點(diǎn)Pd處，基本上硬化的熔融擠出物13從工具輥15的工具輥表面16分離，并沿著輸送輥18的外表面19在由箭頭A4所示的方向上行迸。硬化的擠出物現(xiàn)在為具有ー個或多個結(jié)構(gòu)特征21的結(jié)構(gòu)化膜20的連續(xù)幅材。膜20可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式進(jìn)ー步加工。圖2示意性地示出了在用于形成本說明書的成型擠出物的方法中所用的類型的擠出模頭22的實(shí)施例。一般來講，本發(fā)明的方法的各個實(shí)施例包括將初始熔體流23擠出通過成型擠出模頭插件24，如圖3所示。在一些示例性的構(gòu)造中，成型擠出模頭插件24具有至少ー個成型模唇35，所述成型模唇35具有模唇成型特征36。成型模頭出口開ロ 37為非直線的，這意味著出口開ロ 37整體為除了矩形形狀之外的形式；然而，成型模頭出口開ロ 37的部分可為直線形式。成型模唇35上的特征36可通過銑削、加工、磨削、電子放電加エ或任何其他合適的方法制得。如果需要，模頭插件24可被移除并由具有不同輪廓的模頭插件替換。應(yīng)理解，成型模頭出口開ロ 37可具有多種形狀以適應(yīng)不同構(gòu)造的擠出物輪廓。參見圖15，顯示了模唇1500的一部分的前正視圖。模唇1500類似于如上所述的模唇35，其中模唇1500具有輪廓，所述輪廓為非直線部分1510和直線部分1520的組合。盡管成型模頭插件在上述實(shí)施例中顯示為位于模頭內(nèi)的單獨(dú)的元件，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，只要成型模頭插件具有所述的成型特征，其也可與模頭(所述成型模頭插 件位于所述模頭中)一體形成。圖4顯不工具棍15的一個實(shí)施例的端部的不意圖,所述工具親15具有外表面46和ー個或多個結(jié)構(gòu)特征48。應(yīng)理解，工具輥表面可具有除了所示的簡單凹槽之外的結(jié)構(gòu)特征48，并可包括諸如凹槽、隆起或幾何形狀的特征。還應(yīng)理解，工具表面也可在環(huán)形帶上或在具有ー個或多個結(jié)構(gòu)特征48的其他連續(xù)表面上。在所示的實(shí)施例中，提供工具表面中的結(jié)構(gòu)特征48以在結(jié)構(gòu)化膜中形成特征21。用于擠出膜或制品的方法是本領(lǐng)域已知的，并進(jìn)一歩在美國公布的專利申請No. 2006/0147686 (Ausen等人)和美國專利No. 5，232，777 (Sipinen等人)中描述，所述專利的全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文。一般來講，形成本說明書的成型擠出物的材料為如下當(dāng)該材料為熱的時，其為基本上柔韌和/或可成型的，但一旦冷卻，其保持所選的構(gòu)造。由于本說明書的樹脂材料在熱的時候?yàn)榭蓴D出的，因此其可擠出通過成型擠出模頭，即具有出口的模頭，所述出口具有所選的構(gòu)造以將預(yù)定形狀或“輪廓”賦予擠出通過的材料。賦予熔融擠出物13的輪廓部分由引入模唇的輪廓所決定。所述輪廓可在ー個表面上為基本上平面的，或可在兩個表面上均具有結(jié)構(gòu)。在任一表面上的結(jié)構(gòu)可位于擠出物的整個寬度上的任意位置。在擠出物輪廓上的結(jié)構(gòu)可具有由平面表面區(qū)域分隔的單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，或可在整個擠出物寬度上具有極為鄰近的一系列特征。此外，多個結(jié)構(gòu)可緊密設(shè)置在一起，并可在一些實(shí)施例中被認(rèn)為是單個較大的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)可具有任何所需的幾何形狀和尺寸，只要其有利于以樹脂材料流動通過模頭輪廓的方式成型。圖5— 7示出了本發(fā)明的熔融擠出物的非限制性的實(shí)施例的各個視圖。參照圖5，附圖標(biāo)記51—般表示熔融擠出物。熔融擠出物51以特定的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，所述結(jié)構(gòu)包括擠出物基部52以及分別的第一和第二主擠出物表面53和54，所述擠出物基部52為基本上平面的，并具有平均基部厚度hB。在所示的實(shí)施例中，熔融擠出物51為結(jié)構(gòu)上一體的；即，其一體式形成，且在其中不含有空穴或孔隙的任何圖案。擠出物51的其他實(shí)施例可包括超過ー個材料層，所述超過ー個材料層源自如下所述的共擠出過程。對于圖5— 7中所示的實(shí)施例，第一主擠出物表面53包括多個第一結(jié)構(gòu)特征或厚區(qū)55。第一結(jié)構(gòu)特征55由基本上連續(xù)地薄區(qū)或薄區(qū)域56彼此間距。薄區(qū)56具有厚度，在圖5-7中所示的實(shí)施例中所述厚度與熔融擠出物的平均基部厚度hB基本上相同。厚區(qū)55和薄區(qū)56在熔融擠出物51的整個寬度上散布。厚區(qū)55和薄區(qū)56的寬度為預(yù)定的，以例如使得相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征(例如在圖I中的特征21)能夠沿著結(jié)構(gòu)化膜(如膜20)的第一主表面形成。應(yīng)注意，在圖5—7中的實(shí)施例的第一結(jié)構(gòu)特征55的形狀顯示為總體上圓形的，其對應(yīng)于半橢圓或半圓形構(gòu)造。應(yīng)理解可使用多種形狀。例如，在圖8中示出了實(shí)施例的橫截面，其中厚區(qū)域85具有總體上方形的橫截面，并由薄區(qū)86分隔。由圖7和8的比較，應(yīng)理解可提供多種橫截面形狀。所示的每ー類橫截面可具有用于特定應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。在圖9中顯示了熔融擠出物的實(shí)施例，其與之前的附圖的顯著不同在于，結(jié)構(gòu)特征95在兩個方向上(在本文示為上和下)從基部92伸出。從基部的兩側(cè)伸出的特征可彼此對齊或可不彼此對齊，或者可具有在尺寸、幾何形狀、位置、數(shù)目或其他因素方面的任何關(guān)系。在一些情況中，對于其中諸如提高的硬度的性質(zhì)為理想的結(jié)構(gòu)化膜，這種構(gòu)造可為優(yōu)選的。對于在圖7、8和9中所示的實(shí)施例，在給定實(shí)施例中的全部結(jié)構(gòu)特征顯示為具有基本上相同的橫截面面積。應(yīng)理解這不是必需的，可提供具有不同橫截面面積和實(shí)際上不 同的總體形狀的厚區(qū)域。例如，在一些實(shí)施例中，在熔融擠出物的整個寬度上厚區(qū)域的各種厚度的組合可允許對結(jié)構(gòu)化膜中的膜硬度的程度的提高的精密控制。可使用寬泛的平均基部厚度范圍,例如可使用25 μ m至600 μ m的非限制性范圍內(nèi)的平均基部厚度，包括50μπι至400μπι的范圍，和ΙΟΟμπι至200μπι的范圍。結(jié)構(gòu)特征的高度可在25μπι至2000μπι的非限制性的范圍內(nèi)，包括50 μ m至500 μ m的范圍，和100 μ m至250 μ m的范圍。結(jié)構(gòu)特征的高度與平均基部厚度的比率可在O. 1:1至5:1的非限制性的范圍內(nèi)，包括O. 5:1至2:1的比率，和1:1至I. 5:1的比率。輪廓的幾何形狀可與工具輥中的輪廓的幾何形狀密切匹配，或可顯著不同。接觸工具輥(例如在圖I中的工具輥15)的擠出物輪廓的精確幾何形狀將受到多種因素的影響，所述多種因素包括材料流變性、加工條件(如擠出機(jī)通量速率，和擠出物從模頭被拉出的速率)等。其也受到在模頭開口中的輪廓的幾何形狀的影響。特別地，可能存在擠出物離開模頭開ロ時的溶脹，以及尖銳特征(如在直線輪廓中)的變圓。樹脂可通過擠出機(jī)(未顯示)供給至成型模頭12，所述擠出機(jī)可為單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)。可將單ー類型的樹脂擠出通過成型模頭12，或者，兩個或更多個類型的樹脂可被共擠出以形成具有多個層的擠出物。用于制備共擠出聚合物材料的方法描述于美國專利No. 6，489，003 (Levitt等人)中，所述專利的全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文。共擠出可通過如下方式發(fā)生將來自不同的擠出機(jī)的不同熔體流通入(I)多狹槽給料滑塊(feedblock)，然后通入單層膜模頭，或者通入(2)多岐管模頭。在多狹槽給料滑塊技術(shù)中，將至少兩種不同的材料從不同的擠出機(jī)供給至給料滑塊中的不同狹槽(通常2至超過200)中。各個料流在給料滑塊中融合在一起，并作為分層層疊件進(jìn)入模頭，所述分層層疊件在材料離開模頭時流出到分層片材中。多歧管模頭在模唇處組合來自不同擠出機(jī)的不同熔融料流。由于隨著層數(shù)增加而增加的復(fù)雜度，該方法通常局限于2-3層膜。在共擠出的情況中，層間粘合力可受益于將ー個或多個反應(yīng)性物種包含于層中以在界面處產(chǎn)生反應(yīng)性粘結(jié)層，或受益于引入對兩個主要的層均具有親和性的構(gòu)造單獨(dú)層，如在美國專利No. 6，489，003 (Levitt等人)中所述,該專利的全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文。從成型模頭12脫出的熔融擠出物13經(jīng)過輥隙。在一些示例性構(gòu)造中，所述輥隙包括平滑壓カ輥和結(jié)構(gòu)化輥，所述結(jié)構(gòu)化輥在其表面上具有結(jié)構(gòu)，或者壓カ輥和工具輥均可在其表面上具有結(jié)構(gòu)?；蛘撸佅侗砻嬷械囊粋€或兩個可在環(huán)形帶或其他連續(xù)表面構(gòu)造上。使用環(huán)形帶制備膜的方法的例子描述于美國專利No. 5，204，037 (Fujii)中。從成型模頭12脫出的熔融擠出物13充分熔融以填充存在于輥隙的輥上的結(jié)構(gòu)內(nèi)的空間，并同時還具有充分的熔體強(qiáng)度或模量以基本上保持由擠出通過成型模頭而產(chǎn)生的橫截面輪廓，直到擠出物通入輥隙。壓カ輥14可由金屬(例如鋼，如不銹鋼)，或鋁或任何其他適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。壓カ?4可具有例如從約20cm或更小至約60cm或更大的直徑。壓カ輥14可具有使用例如鉻、銅、鎳、鎳-磷電鍍層或任何其他可用的電鍍層形成的電鍍表面17，或者壓カ輥可具有適形 表面層(例如有機(jī)娃或EPDM)。在壓カ棍14上的外表面17可具有鏡面拋光,或可具有結(jié)構(gòu)化表面。輥通常用水或其他流體冷卻。在一些實(shí)施例中，壓カ輥14的外表面17可包括結(jié)構(gòu)特征(未顯示)，使得結(jié)構(gòu)化膜20在兩個主表面上均具有特征。可通過該方法制得的橫截面類型的例子示于圖9。工具輥15可由金屬(例如鋼，如不銹鋼)，或鋁或任何其他適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?。工具?5可具有例如從約20cm或更小至約60cm或更大的直徑。工具輥15可具有由例如鉻、銅、鎳、鎳-磷電鍍層或任何其他可用的電鍍層形成的電鍍表面。在本文描述的各個實(shí)施例中，工具輥15通常具有結(jié)構(gòu)化表面。工具輥15可將其結(jié)構(gòu)化表面輪廓轉(zhuǎn)移至結(jié)構(gòu)化膜20，使得結(jié)構(gòu)化膜20具有與工具輥15的表面輪廓互補(bǔ)的表面輪廓。所述工具輥可具有含有待復(fù)制的結(jié)構(gòu)特征的外層，如金屬套管或?qū)雍贤繉??？墒褂酶鞣N已知的方法在工具輥15上提供結(jié)構(gòu)化表面16，所述各種已知的方法包括雕刻、金剛石車削和本領(lǐng)域已知的其他技術(shù)的各種組合。在結(jié)構(gòu)化輥15上的結(jié)構(gòu)特征可包括ー種或多種具有幾何形狀的特征，所述幾何形狀包括但不限于橫檔、棱柱、楔、透鏡、凹槽、柱子。一般來講優(yōu)選的是，在結(jié)構(gòu)化輥上的特征在順維維度上取向，盡管它們無需為線性的，如在圖13A和圖14中的實(shí)施例中所示，其中結(jié)構(gòu)特征具有在順維維度上取向的正弦圖案。可另外存在具有在橫維維度上取向的ー些部分的特征。在一些實(shí)施例中，在工具輥15中的結(jié)構(gòu)特征為在順維維度上的連續(xù)不中斷的特征，使得樹脂穩(wěn)定消耗至工具表面特征中，從而與擠出物特征的穩(wěn)定體積匹配。在其他實(shí)施例中，不連續(xù)的工具表面特征可在工具輥15的表面16上提供。不連續(xù)結(jié)構(gòu)可包括例如產(chǎn)生沿著結(jié)構(gòu)化膜20的加工表面的緊湊突出物的單獨(dú)的凹槽。用作樹脂材料的合適的材料一般來講包括可被加熱至可流動熔體并再固化為膜的多種材料的任意種。如下為樹脂材料的例子熱塑性聚合物(如聚こ烯、聚丙烯、聚苯こ烯、聚甲基丙烯酸甲酷、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酷、聚甲醛、聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酷)，以及共聚物(如苯こ烯丙烯腈共聚物、苯こ烯(甲基)丙烯酸酯共聚物、苯こ烯馬來酸酐共聚物、成核半結(jié)晶聚酷、聚萘ニ甲酸こニ醇酯的共聚物、聚酰亞胺共聚物、聚醚酰亞胺、聚環(huán)氧こ烷、和丙烯腈、丁ニ烯及苯こ烯的共聚物)，和這些材料彼此的共混物以及其他樹脂。在一些實(shí)施例中，熔融樹脂可在大約250°C的溫度下，或在約200°C至約300°C范圍內(nèi)的溫度擠出?？蛇x擇擠出物的實(shí)際溫度適于特定的樹脂。樹脂可含有添加剤，所述添加劑例如但不限于粉末(如熱解法ニ氧化硅、滑石或粘土)；磁性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、導(dǎo)電且導(dǎo)熱或非傳導(dǎo)顆粒；纖維；玻璃或聚合物中空微球、玻璃或聚合物實(shí)心微球、可膨脹聚合物微球、抗靜電劑、潤滑劑、潤濕齊 、流動控制劑、增粘齊 、表面活性劑、顏料、染料、著色劑、偶聯(lián)劑、增塑劑和抗氧化劑；光漫射劑、υν吸收劑、熱穩(wěn)定劑、填料和抗靜電劑。如本文所述，本發(fā)明的各個實(shí)施例使用提供具有熔融成型構(gòu)造的擠出物的成型模頭，其包括足夠的材料以填充結(jié)構(gòu)化工具輥的表面上的特征。通常，所述熔融擠出物包括既不是平面的，也不彼此平行的相對主表面。參見圖10Α，示出了標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)有技術(shù)擠出復(fù)制情況，其中熔融擠出物100具有基本上平面的相對主表面101和102，使得熔融擠出物的主表面可被看作為基本上平坦的或幾乎彼此平行。熔融擠出物100顯示為接近結(jié)構(gòu)化工具103，所述 結(jié)構(gòu)化工具103具有包括結(jié)構(gòu)特征105的工具表面104。圖IOB示出了當(dāng)基本上平坦的擠出物100被壓制接觸結(jié)構(gòu)化工具103時可能發(fā)生什么。由于在擠出物100中不足的材料，擠出物100的主表面102以及所得的完成膜包括凹陷106，所述凹陷106源于熔融擠出物100流入工具表面上的特征105。當(dāng)結(jié)構(gòu)特征105的尺寸比基本上平坦的熔融擠出物100的厚度小時，填充結(jié)構(gòu)特征105的熔融擠出物流可僅產(chǎn)生輕微的凹陷106。在使用具有極淺結(jié)構(gòu)特征的工具表面的方法中，該效果在一定程度上較不顯著。在另ー實(shí)施例(未顯示)中，允許熔融擠出物在輥隙入口處形成熔融材料的“池(pool) ”，所述輥隙包括至少ー個結(jié)構(gòu)化工具表面。在這種實(shí)施例中，在“池”中的熔融材料的量保持在預(yù)定體積或質(zhì)量下，以防止所述池變得過低，并防止不完全填充結(jié)構(gòu)化工具表面中的凹陷。本文描述的方法可用于制備多種復(fù)制膜20，其中有利的是在填充結(jié)構(gòu)化輥表面上的特征的過程中使擠出物13內(nèi)的流動達(dá)到最小。通過提供成型擠出模頭22，可獲得成型擠出物，所述成型擠出物沿著橫維維度具有確定的厚度變化，所述成型擠出模頭22具有與至少ー個結(jié)構(gòu)化輥15上的結(jié)構(gòu)化表面橫維匹配的特征，其中確定的厚度變化與結(jié)構(gòu)化表面上的特征的確定的橫維變化匹配。相比于由將基本上平坦的擠出物施用至結(jié)構(gòu)化表面所導(dǎo)致的流動，擠出物厚度與結(jié)構(gòu)化輥上的結(jié)構(gòu)化表面的橫維匹配可將擠出物材料流入凹陷內(nèi)或從隆起流走的需要最小化。通過調(diào)節(jié)擠出物的橫維厚度，可獲得對復(fù)制膜制品的橫維厚度的改進(jìn)控制。圖IlA顯示了本發(fā)明的實(shí)施例，其中熔融擠出物110具有第一主擠出物表面111和第二主擠出物表面112，所述第一主擠出物表面111具有第一結(jié)構(gòu)特征116。熔融擠出物110鄰近結(jié)構(gòu)化工具113設(shè)置，所述結(jié)構(gòu)化工具113具有包括ー個或多個第二結(jié)構(gòu)特征115的工具表面114。在圖IlB中，顯示了與工具表面114接觸之后的熔融擠出物110，其與エ具表面114接觸以使得第一結(jié)構(gòu)特征116的一部分接觸工具表面上的第二結(jié)構(gòu)特征115。在隨后的步驟(未顯示)中，熔融擠出物110被冷卻，并可從結(jié)構(gòu)化工具113中移出以提供結(jié)構(gòu)化膜20。在圖IlA中，結(jié)構(gòu)特征115和116各自顯示為直線，其具有90度拐角；然而，結(jié)構(gòu)特征可偏離直線，以包括能夠在復(fù)制步驟過程中被排列然后壓制或擠壓在一起，井隨后能夠被剝離的多種幾何形狀。例如，結(jié)構(gòu)特征115和116可具有略微圓形的拐角。
通常，對于僅在ー個主表面上具有結(jié)構(gòu)特征的擠出物，以及具有壓カ輥(其具有基本上平滑的表面)和工具輥(在其表面上具有特征)的輥隙而言，理想的是擠出物特征的橫截面面積類似于其匹配的ー個或多個工具特征的橫截面面積，但不必與其匹配的一個或多個工具特征的橫截面面積相同。這樣將產(chǎn)生ー種膜，所述膜具有第一表面和基本上平面的第二表面，所述第一表面具有結(jié)構(gòu)，如圖12A-C所不。圖12A顯示了本發(fā)明的實(shí)施例，其中熔融擠出物120具有主表面121和122，并具有類似于圖7給出的實(shí)例的輪廓，在此處所述輪廓取向以使熔融擠出物的厚區(qū)123與工具125中的結(jié)構(gòu)特征對齊，在此處所述工具125以輪廓顯示，并具有限定工具表面126中的結(jié)構(gòu)特征的表面127、128和129。使熔融擠出物120接觸工具表面，以使得在主擠出物表面122上的結(jié)構(gòu)特征123的一部分接觸工具表面中的結(jié)構(gòu)特征，如圖12C所示。將熔融擠出物120冷卻，并從工具表面移出，以提供結(jié)構(gòu)化膜200，所述結(jié)構(gòu)化膜200具有由表面137、138和139限定的結(jié)構(gòu)特征130，如圖12D所示。應(yīng)理解，可在工具(如工具輥15)上的工具表面126可包括另外的更小的特征(未顯示)，所述另外的更小的特征可用于將另外的更小的特征提供至“薄區(qū)” 122中的結(jié)構(gòu)化膜。
在一些實(shí)施例中，熔融擠出物可具有與在工具表面中的一個或多個結(jié)構(gòu)特征的幾何形狀密切匹配的輪廓，如在圖12B中所示的擠出物1200中的結(jié)構(gòu)特征1230。在非限制性的實(shí)施例中，擠出物1200具有主擠出物表面1210和1220，以及具有拐角1241和1242 (在此處示為圓形拐角)的結(jié)構(gòu)特征1230。在其他實(shí)施例中，這些拐角1241和1242中的任一者或兩者，或在擠出物表面上的其他拐角可為更圓或更不圓的，或者所述拐角可為尖銳的，如可能對于ー些實(shí)施例為理想的。在一些實(shí)施例中，可能理想的是擠出物特征的橫截面面積與工具表面特征的橫截面面積密切匹配。在一些實(shí)施例中，第一結(jié)構(gòu)特征的橫維橫截面面積與第二結(jié)構(gòu)特征的橫維橫截面面積的比率為約1.0。例如，圖12A顯示了第一結(jié)構(gòu)特征123，其可具有與在工具125的表面中由表面127、128和129限定的結(jié)構(gòu)特征的橫維橫截面面積類似的橫維橫截面面積。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可能理想的是擠出物特征的橫截面面積大于工具表面特征(或多個工具表面特征)的橫截面面積，在此情況中使擠出物結(jié)構(gòu)特征的一部分與エ具表面特征(或多個工具表面特征)接觸，產(chǎn)生在特定的橫維區(qū)域中具有更厚的基部厚度的膜。在該類實(shí)施例中，可能理想的是壓カ輥具有適形表面，以允許熔融擠出物流動而伸出超過擠出物的基本上平面的表面，所述擠出物的基本上平面的表面與接觸工具輥的表面相對。在圖13A和13B中，顯示了結(jié)構(gòu)化膜1310的實(shí)施例，在其主表面上具有凹槽1312?！鞍疾邸痹诒疚目砂∑?313和凹部1314。在結(jié)構(gòu)化膜1310的一些實(shí)施例中，如圖13A所示，可存在帶有凹槽的區(qū)域和“不帶凹槽的”(即基本上平坦的)區(qū)域1315的組合。在圖13A中，凹槽1312具有正弦圖案。圖13B顯示了垂直于軸線1330的部分橫截面圖，其顯示了基底或基部1316和至少ー個凹槽1312，所述至少一個凹槽1312包括隆起1313和位于隆起1313的任一側(cè)的凹部1314a及1314b。凹部1314a和1314b具有基部厚度Rtl和寬度Y，隆起1313具有高度Ri和寬度X，如圖13B中所示的X為Y的寬度的約兩倍，盡管可選擇其他比率。相對維度ル、民、X和Y可根據(jù)結(jié)構(gòu)化膜1310中所需的性質(zhì)而變化。例如，在一些實(shí)施例中，可能理想的是結(jié)構(gòu)化膜1310具有一定程度的硬度，所述一定程度的硬度源于選擇X為Y的寬度的約兩倍。為了解釋如何制得結(jié)構(gòu)化膜1310，可參見圖14，其示意性地顯示了來自與橫維(Cff)和順維(DW)維度正交的透視的工具表面1400的視圖。擠出物區(qū)域1410顯示為以與實(shí)心線1420重疊的方式接觸ー組正弦工具表面結(jié)構(gòu)1420，其在此處表示在工具表面中的凹陷，所述凹陷為在圖13A中的凹槽1312的負(fù)像。在圖14中的正弦虛線1450表示可任選地存在于工具表面中的更淺的凹陷。擠出物區(qū)域1410可通過在成型模唇上方擠出而形成，所述成型模唇例如示意性示于圖13C中的具有非直線部分1380和直線部分1390的成型模唇?？蛇x擇1380的尺寸，以形成具有足夠?qū)挾群腕w積的擠出物特征以填充工具表面特征1420。在此情況中，每個模唇特征1380可具有寬度以形成擠出物特征，所述擠出物特征從邊緣1430至邊緣1440接觸工具表面。在另ー實(shí)施例中，可選擇模唇特征1380產(chǎn)生擠出物特征1411，所述擠出物特征1411具有比正弦工具表面凹陷1421的組的總寬度更窄的寬度，如在點(diǎn)1415和1416處示意性示出。
·
在如下非限制性實(shí)例中陳述另外的實(shí)施例和特征。使用共聚酯聚合物(獲自田納西州金斯波特的伊士曼化學(xué)公司(EastmanChemical Co.，Kingsport, TN)的 Eastar PETG 6763)和如下程序制備具有與圖 13A 中所示的表面結(jié)構(gòu)類似的表面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化復(fù)制膜。使用32mm(24L/D)4-區(qū)單螺桿擠出機(jī)(IlRPM)，將PETG聚合物熔融并擠出至配備兩個可移除模唇的20厘米寬的常規(guī)衣架膜模頭(coat-hanger film die)。使用常規(guī)線EDM (電子放電加工)技術(shù),將所述模唇中的ー個成形為具有類似于圖13C中所示的輪廓。擠出機(jī)的第一區(qū)在大約25°C下水冷。擠出機(jī)的第ニ區(qū)設(shè)定在210°C，而剩余的區(qū)設(shè)定在180°C。模頭溫度保持在170°C。在模頭中聚合物的熔融溫度為246°C。熔融聚合物擠出通過成型模唇，并豎直向下進(jìn)入輥隙，所述輥隙構(gòu)造為在ー側(cè)具有32cm直徑的控溫鋼工具輥(52°C )，在相對側(cè)具有32cm直徑的冷卻(24°C )輥(具有有機(jī)硅橡膠涂層)。所述鋼輥配有結(jié)構(gòu)化鋁套管，所述結(jié)構(gòu)化鋁套管已被加工具有圍繞所述輥的一系列正弦凹槽，所述正弦凹槽與圖13A中所示的膜表面的表面結(jié)構(gòu)互補(bǔ)。使用3200N每厘米線性長度的輥隙力。設(shè)置成型模唇，使得與工具輥的表面上的凹槽接觸的擠出物的成形側(cè)以及擠出物中的輪廓與工具輥中的適當(dāng)凹槽對齊。擠出物與工具輥接觸，達(dá)到在輥上大約180度包裏。使用相對于工具輥速度略微超速的驅(qū)動的橡膠涂布剝離輥，以5. 5米/分鐘將膜從工具輥上拉出。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見的是，本文所公開的具體示例性結(jié)構(gòu)、特征、細(xì)節(jié)、構(gòu)造等在許多實(shí)施例中可修改和/或組合。本發(fā)明人所構(gòu)思的所有此類變型和組合均在所構(gòu)思的發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)受本文所述的具體示例性結(jié)構(gòu)限制，而是受權(quán)利要求書的文字所描述的結(jié)構(gòu)或其等同形式限制。如果在本說明書與以引用方式并入本文的任何文獻(xiàn)的公開內(nèi)容之間存在沖突或差異，則以本說明書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于制備結(jié)構(gòu)化膜的方法，其包括如下步驟 (a)將熔融材料擠出通過具有至少ー個成型模唇的擠出模頭，以形成熔融擠出物，所述熔融擠出物具有第一和第二主擠出物表面，并在所述第一主擠出物表面中具有第一結(jié)構(gòu)特征； (b)使所述熔融擠出物接觸包括ー個或多個第二結(jié)構(gòu)特征的工具表面，以使得在所述第一主擠出物表面中的第一結(jié)構(gòu)特征的一部分接觸所述工具表面上的第二結(jié)構(gòu)特征中的至少ー個；和 (C)冷卻所述熔融擠出物以提供結(jié)構(gòu)化膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中擠出熔融材料包括將所述熔融材料豎直向下擠出，并使其接觸所述工具表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中擠出熔融材料包括擠出ー種或多種可熱成形的材料，所述可熱成形的材料選自聚烯烴、含烯烴的聚合物，和兩種或更多種前述材料的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中擠出熔融材料使用單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中擠出熔融材料使用雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中擠出熔融材料包括擠出ー種或多種如下聚合物材料，所述聚合物材料選自聚こ烯、聚丙烯、聚苯こ烯、聚甲基丙烯酸甲酷、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酷、聚甲醛、聚對苯ニ甲酸丁ニ醇酯、苯こ烯丙烯腈共聚物、苯こ烯(甲基)丙烯酸酯共聚物、苯こ烯馬來酸酐共聚物、成核半結(jié)晶聚酷、聚萘ニ甲酸こニ醇酯共聚物、聚酰亞胺共聚物、聚醚酰亞胺、聚環(huán)氧こ烷、聚丙烯腈-共-聚丁ニ烯-共-聚苯こ烯，和兩種或更多種前述材料的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中擠出熔融材料包括擠出ー種或多種如下聚合物材料，所述聚合物材料選自環(huán)狀烯烴共聚物、聚萘ニ甲酸こニ醇酷、聚對苯ニ甲酸こニ醇酷、聚丙烯酸酷、聚甲基丙烯酸甲酷、聚碳酸酷、聚甲基戊烯、苯こ烯丙烯腈，和兩種或更多種前述材料的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在步驟b)中使所述熔融擠出物接觸工具表面包括在所述工具表面與壓料輥之間擠壓所述熔融擠出物，其中所述工具表面為在工具輥上的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述壓料輥或所述工具輥中的至少ー個被冷卻。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在步驟b)中使所述熔融擠出物接觸工具表面包括在所述工具表面與壓料輥之間擠壓所述熔融擠出物，其中所述工具表面為在環(huán)形帶上的表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在步驟b)中使所述熔融擠出物接觸工具表面包括在所述工具表面與輥隙表面之間擠壓所述熔融擠出物，其中所述輥隙表面為在環(huán)形帶上的表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟b)在高于所述熔融擠出物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的溫度下發(fā)生。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一結(jié)構(gòu)特征中的部分接觸位于所述工具表面上的第二結(jié)構(gòu)特征中的至少兩個。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一結(jié)構(gòu)特征的橫維橫截面面積與第二結(jié)構(gòu)特征的橫維橫截面面積的比率為約I. O。
15.一種根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法制得的結(jié)構(gòu)化膜。
16.一種用于擠出復(fù)制的裝置，其包括 擠出機(jī)，所述擠出機(jī)配備具有至少ー個成型模唇的成型擠出模頭；和工具，所述工具具有結(jié)構(gòu)化表面，其被設(shè)置用以接收來自所述成型擠出模頭的熔融擠出物。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述工具包括工具輥。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述工具包括環(huán)形帯。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述擠出機(jī)為雙螺桿擠出機(jī)。
21.根據(jù)權(quán)利要求17或18任一項所述的裝置，其還包括壓料輥以與所述工具形成輥隙。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述壓料輥具有結(jié)構(gòu)化表面。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述壓料輥具有適形表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種成型擠出復(fù)制方法，其包括如下步驟(a)將熔融材料擠出通過具有至少一個成型模唇的擠出模頭，以形成熔融擠出物，所述熔融擠出物具有第一和第二主擠出物表面，并在所述第一主擠出物表面中具有第一結(jié)構(gòu)特征；(b)使所述熔融擠出物接觸包括一個或多個第二結(jié)構(gòu)特征的工具表面，以使得在所述第一主擠出物表面中的第一結(jié)構(gòu)特征的一部分接觸工具表面上的一個或多個第二結(jié)構(gòu)特征；以及(c)冷卻所述熔融擠出物以提供結(jié)構(gòu)化膜。本發(fā)明還公開了結(jié)構(gòu)化膜和用于制備結(jié)構(gòu)化膜的裝置。
文檔編號B29C47/04GK102834241SQ201180017004
公開日2012年12月19日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者格雷厄姆·M·克萊克, 帕特里西亞·A·奧爾, 肯尼斯·A·彼得森, 大衛(wèi)·F·斯拉瑪, 利·E·奧爾森 申請人:3M創(chuàng)新有限公司